[发明专利]一种覆盖型岩溶塌陷模拟试验装置及其操作方法

说明书

本发明公开了一种覆盖型岩溶塌陷模拟试验装置及其操作方法，它解决了现有技术中岩溶构造开口不可调节、难以分析多构造致塌的相互作用模式与影响规律、操作较为复杂的问题，可有效模拟覆盖型岩溶地面塌陷的灾变演化过程，同时又能便捷地调整岩溶构造大小、数量与位置、覆盖土层厚度、地下水位变化等关键影响因素。其技术方案为：包括水位控制箱、塌陷模拟箱，水位控制箱一侧安装有用于调整水位控制箱内水位高度的溢流装置；塌陷模拟箱用于填充土体，塌陷模拟箱底部沿其长度方向上等间距布设多个岩溶构造开口，岩溶构造开口安装有用于调节开口大小的控制阀门；其中，水位控制箱与岩溶构造开口通过过水管道相连，过水管道能够向塌陷模拟箱供水。

技术领域

本发明涉及岩溶地面塌陷研究领域，尤其涉及一种覆盖型岩溶塌陷模拟试验装置及其操作方法。

背景技术

覆盖型岩溶塌陷通常指溶洞、溶槽等岩溶构造的上覆土层在地下水和外力作用下发生变形破坏并最终导致地面塌陷的灾害现象。伴随城市化进程的快速推进，岩溶地面塌陷灾害在我国西南岩溶地区频繁发生，导致道路毁坏、建筑倾覆等严重后果，直接威胁人民生命财产安全。

岩溶塌陷灾变机理及防控技术研究一直受到广泛关注。然而，由于岩溶塌陷成因机制复杂、影响因素众多且隐蔽性强，其灾变机制与演化过程目前尚不清晰。物理模拟试验是开展岩溶塌陷研究的重要手段，发明人发现，现有的模拟试验装置能够较为直观的显现灾变过程与致灾模式，然而仍存在一些技术上的不足，主要包括：(1)现有装置的模拟工况较为单一，不能充分表征塌陷发生的复杂环境地质条件；(2)岩溶构造开口大小是影响塌陷的重要因素，但现有装置多为固定式开口，大小不可调节；(3)现有装置大多针对单个岩溶构造进行模拟，难以分析多构造致塌的相互作用模式与影响规律；(4)现有装置多采用钢板焊接而成，试验完成后需进行开挖观察，操作较为复杂且影响模拟的可靠性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种覆盖型岩溶塌陷模拟试验装置及其操作方法，可有效模拟覆盖型岩溶地面塌陷的灾变演化过程，同时又能便捷地调整岩溶构造大小、数量与位置、覆盖土层厚度、地下水位变化等关键影响因素，并通过测试元件监测塌陷过程中多个物理量的变化。

本发明采用下述技术方案：

一种覆盖型岩溶塌陷模拟试验装置，包括：

水位控制箱，其一侧安装有用于调整水位控制箱内水位高度的溢流装置；

塌陷模拟箱，用于填充土体，塌陷模拟箱底部沿其长度方向上等间距布设多个岩溶构造开口，所述岩溶构造开口安装有用于调节开口大小的控制阀门；

其中，所述水位控制箱与岩溶构造开口通过过水管道相连，过水管道能够向塌陷模拟箱供水。

进一步的，所述溢流装置包括溢流阀、溢流管，所述溢流阀通过溢流管与水位控制箱连通；

进一步的，所述溢流阀与安装在水位控制箱侧面的导轨滑动连接。

进一步的，所述水位控制箱底部与过水管道连通，且过水管道靠近水位控制箱底部一端安装进水阀门，过水管道另一端安装排水阀门。

进一步的所述塌陷模拟箱的两侧对称连接测压管。

进一步的，所述塌陷模拟箱内部填充的土体表面设置多个用于监控沉降变形的位移传感器，土体内部设置多个应力应变传感器。

进一步的，所述控制阀门为旋转阀门。

进一步的，所述水位控制箱和塌陷模拟箱的侧壁分别设有用于测量竖向高度的标尺。

一种覆盖型岩溶塌陷模拟试验装置的操作方法，包括如下步骤：

步骤1：根据模拟试验工况，设计岩溶塌陷的控制参数；