[发明专利]一种定量研究岩溶塌陷的试验模拟装置及方法

权利要求书

1.一种定量研究岩溶塌陷的试验模拟装置，其特征在于：包括模型主体、供水单元、恒压砂土收集单元、渗流场监测单元与地面变形监测单元，

所述模型主体由透明有机玻璃材料制成腔体结构，包括覆盖层腔体(1)及位于覆盖层腔体(1)下部且连通的岩溶地层腔体(6)，所述覆盖层腔体(1)中填充粉细砂地层，所述岩溶地层腔体(6)中填充裂隙水泥块体；

所述供水单元包括与覆盖层腔体(1)连通的覆盖层供水单元(3)和岩溶地层腔体(6)连通的岩溶供水单元(12)；

所述恒压砂土收集单元由透明有机玻璃材料制成，包括恒压取样腔(8)、位于恒压取样腔(8)下部的泥沙收集腔(10)、排气单元(9)，所述岩溶地层腔体(6)通过第一连接管道与恒压取样腔(8)连接，第一连接管道上设有第一控制阀(13)，恒压取样腔(8)通过第二连接管道与泥沙收集腔(10)连接，第二连接管道上设有第二控制阀(15)，第二连接管道通过排气单元(9)与大气接通，恒压取样腔(8)通过第三连接管道与岩溶供水单元(12)连通，第三连接管道上设有第三控制阀(17)，泥沙收集腔(10)通过第四连接管道与岩溶供水单元(12)连通，第四连接管道上设有第四控制阀(18)；泥沙收集腔(10)的下部管道设有泥沙收集腔控制阀(19)；

所述渗流场监测单元包括设于覆盖层腔体(1)的土壤水位压力传感器(5)及土壤水位压力传感器(5)连接压力数值采集仪；

所述地面变形监测单元为摄像单元(11)，用于拍摄模型主体表面和模型主体侧面，全程观测岩溶塌陷发生过程；

进行试验模拟时，调整岩溶地层腔体(6)与覆盖层腔体(1)地下水位至设计水位，维持覆盖层腔体(1)中地下水不变，通过岩溶供水单元(12)逐渐降低岩溶地层腔体(6)水位；

采集泥沙样之前，关闭泥沙收集腔控制阀(19)、排气单元(9)，打开第一控制阀(13)、第二控制阀(15)、第三控制阀(17)和第四控制阀(18)，此时覆盖层腔体(1)中的水位与覆盖层供水单元(3)中的水位相同，岩溶地层腔体(6)、恒压取样腔(8)、排气单元(9)中的气压均与岩溶供水单元(12)的水压相同；

塌陷发生后，泥沙经过恒压取样腔(8)进入泥沙收集腔(10)并沉积，当开始进行采集泥沙样时，维持覆盖层供水单元(3)中的水位不变，调整岩溶供水单元(12)水位以保持岩溶管道中的水位不变，关闭第二控制阀(15)和第四控制阀(18)，打开排气单元(9)和泥沙收集腔控制阀(19)，泥沙水在短时间内全部收集；

待收集完样品后，关闭泥沙收集腔控制阀(19)，打开第四控制阀(18)，让岩溶供水单元(12)中的水进入泥沙收集腔(10)，完成补水和排气，待泥沙收集腔(10)完全被水充满后，关闭排气单元(9)，打开第二控制阀(15)，进行下一轮岩溶塌陷泥沙采集。

2.如权利要求1所述的定量研究岩溶塌陷的试验模拟装置，其特征在于：所述覆盖层腔体(1)的两侧设有覆盖层供水槽(2)，通过管道与覆盖层供水单元(3)连通，供水槽(2)通过多孔透水板与覆盖层腔体(1)连，以提供稳定水头。

3.如权利要求1所述的定量研究岩溶塌陷的试验模拟装置，其特征在于：所述恒压取样腔(8)、所述泥沙收集腔(10)为两个漏斗形收集腔体。

4.如权利要求1所述的定量研究岩溶塌陷的试验模拟装置，其特征在于：所述排气单元(9)包括泡沫过滤体(21)和排气导管(22)，所述排气导管(22)的一端伸入第二连接管道内，端头部分内填充有泡沫过滤体(21)，另一端伸出第二连接管道与大气接通，所述排气导管(22)上设有控制阀。

5.如权利要求1所述的定量研究岩溶塌陷的试验模拟装置，其特征在于：第三连接管道和第四连接管道分别与恒压取样腔(8)和泥沙收集腔(10)连通，其端头部分设有泥沙过滤单元(14)，泥沙过滤单元(14)的作用是过滤泥沙，防止排气单元(9)、第三连接管道和第四连接管道淤积。

6.如权利要求5所述的定量研究岩溶塌陷的试验模拟装置，其特征在于：所述泥沙过滤单元(14)为泡沫过滤体。