[发明专利]模拟不同工程地质条件水幕水封效果的实验装置及方法

权利要求书

1.一种模拟不同工程地质条件水幕水封效果的实验装置，其特征在于，包括地质层模型、供水装置以及数据采集装置，地质层模型包括水槽(16)，水槽(16)内底部设置有洞室(10)和地下水模拟装置，水槽(16)中填充模拟地质层材料，所述地质层材料与模拟对象的材料满足相似条件，地下水模拟装置包括水幕管道(7)，水幕管道(7)设置在洞室(10)的周围；水幕管道(7)上开设有透水孔(18)，水幕管道(7)入水口连通供水装置，供水装置与水幕管道入口之间设置阀门；数据采集装置包括分布式光纤传感器(9)、应力应变传感器以及流量计，洞室(10)的底部设置有防水层和排水结构，所述排水结构的出口设置流量计(12)，分布式光纤传感器(9)、应力应变传感器以及流量计(12)均连接数据采集中心，分布式光纤传感器(9)以及应力应变传感器埋设在地质层材料中，水槽(16)上沿竖直方向设置有一组水龙头(8)。

2.根据权利要求1所述的模拟不同工程地质条件水幕水封效果的实验装置，其特征在于，水龙头(8)至少设置有三个，水龙头(8)设置在同一竖直线上。

3.根据权利要求1所述的模拟不同工程地质条件水幕水封效果的实验装置，其特征在于，洞室(10)的底部设置集水沟(19)，所述集水沟(19)连通排水管(11)，排水管(11)上设置流量计(12)；洞室(10)的底面设有坡面，集水沟(19)与排水管(11)连接处为坡面最低处。

4.根据权利要求1所述的模拟不同工程地质条件水幕水封效果的实验装置，其特征在于，供水装置包括集水箱(5)和导水管(6)，集水箱(5)的底部开设若干出水口，导水管(6)的一端连接所述出水口，另一端连接水幕管道(7)的入水口，导水管(6)上设置有阀门。

5.根据权利要求1所述的模拟不同工程地质条件水幕水封效果的实验装置，其特征在于，供水装置还包括支架(1)和支架基座(3)，支架(1)设置在支架基座(3)上，支架(1)上设置有滑块，集水箱(5)与滑块连接。

6.根据权利要求1所述的模拟不同工程地质条件水幕水封效果的实验装置，其特征在于，水槽(16)的侧面采用双层设计，内层为透水结构，外层为防水结构。

7.根据权利要求1所述的模拟不同工程地质条件水幕水封效果的实验装置，其特征在于，水幕管道布置为水平水幕管道、垂直水幕管道、倾斜水幕管道或采用其中两种的结合。

8.根据权利要求1所述的模拟不同工程地质条件水幕水封效果的实验装置，其特征在于，水幕管道(7)均匀地设置在洞室(10)的周围。

9.一种用于评判不同工程地质条件下水幕水封效果的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，结合实际洞室围岩物理力学参数配置满足相似条件的地质层材料；

步骤2，在地层模型中布置洞室(10)和水幕管道(7)，水幕管道(7)连接供水装置，分层摊铺步骤1所配置的地质层材料，并经人工夯实振捣形成地质层模型，同时，在洞室周围埋设光纤传感器(9)，连接流量计(12)，得到地层模型；

步骤3，向步骤2所得地层模型中供水，进行渗压、涌水量、流速及应力应变数据的采集；

步骤4，改变供水装置的高度，重复步骤(3)，获取不同水头高度下的渗透压力、涌水量、流速及应力应变数据；

步骤5，控制供水装置与水幕管道(7)之间阀门的开/关，改变水幕分布孔间距，改变不同水幕孔组合形式，重复步骤3，获取不同水幕管道分布下的渗透压力、涌水量、流速及应力应变数据；

步骤6，将步骤4和步骤5采集得到的渗透压力、涌水量、流速及应力应变进行对比分析，比较不同水幕方案下的水封效果。

10.根据权利要求9所述的用于评判不同工程地质条件下水幕水封效果的实验方法，其特征在于，改变水龙头(8)的开度改变地层模型中地下水的状态，使地层模型中形成获取在不同地下水的高度条件下的渗透压力、涌水量、流速及应力应变数据。