[发明专利]厚表土薄基岩底部含水层疏水规律模型试验装置及方法

权利要求书

1.一种厚表土薄基岩底部含水层疏水规律模型试验装置，其特征在于，包括模型架、模拟地层、配重块和数据监测系统，其中，所述模型架用于容纳所述模拟地层和所述配重块；

所述模拟地层自下而上依次包括底板、煤层、薄基岩层、底部含水层和厚表土层，所述配重块位于所述模拟地层的上方，所述配重块能够为所述模拟地层提供压力；

所述底部含水层由若干承压水袋组成，所述承压水袋内填充有水，所述承压水袋的放水能够模拟实际地层中的底部含水层的疏水；

所述数据监测系统包括竖向光纤、横向光纤和数据采集器，所述竖向光纤和所述横向光纤均布置在所述模拟地层内，所述竖向光纤和所述横向光纤均与所述数据采集器通讯连接；

所述模拟地层内的土体均为实际地层的相似材料，所述底板、所述煤层、所述薄基岩层和所述厚表土层内的所述相似材料由砂、石灰、石膏和水按照不同配置比制成；

每个所述承压水袋的厚度为200mm~400mm、宽度与所述模型架的宽度相同、长度为200mm~400mm，所述承压水袋的个数为所述模型架的有效模拟长度/所述承压水袋的长度；

所述承压水袋内还填充有细砂、粗砂和砾石，所述细砂的粒径为0.25mm~0.35mm，所述粗砂的粒径为0.5mm~2mm，所述砾石的粒径为2mm~10mm；

在所述承压水袋内，所述细砂、所述粗砂和所述砾石的体积之和与水的体积比为1∶1，所述细砂、所述粗砂和所述砾石的质量比为2∶2∶1；

所述承压水袋的后侧壁设置有疏水口，所述疏水口连通有疏水管的一端，所述疏水管能够将所述承压水袋内的水排出至所述模型架外；

所述疏水管上设置有球阀，所述球阀可控制所述承压水袋的疏水时间、疏水速度和疏水量；

所述疏水管的另一端连通有量杯桶，所述承压水袋的疏水量能够通过所述量杯桶进行测量；

相邻的两个所述承压水袋之间通过导管连接，所述承压水袋的左右两侧壁均连通有所述导管，相邻的两个所述承压水袋的两个所述导管通过水袋连接阀连通；

在所述底部含水层内，若干所述承压水袋由所述模型架的左端依次横向铺设至所述模型架的右端，每个所述承压水袋均可独立放水卸压用以模拟所述实际地层的底部含水层的疏水过程。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，

所述模型架为立方体的框架结构，所述模型架包括底挡板、顶挡板和两块侧挡板，所述底挡板的两端分别与两块所述侧挡板的底端连接，所述顶挡板的两端分别与两块所述侧挡板的顶端连接；

所述模型架的前表面自下而上铺设有若干前护板，每块所述前护板的两端均与两块所述侧挡板连接，所述模型架的后表面自下而上铺设有若干后护板，每块所述后护板的两端均与两块所述侧挡板连接；

每块所述后护板上均设置有多个孔。

3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，

所述底挡板、所述顶挡板、所述侧挡板、所述前护板和所述后护板均分别由U型钢制成。

4.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，

所述底板的相似材料按质量配置比为：砂∶石灰∶石膏=6∶6∶4，水的质量为砂、石灰和石膏质量之和的10%；

所述煤层的相似材料按质量配置比为：砂∶石灰∶石膏=6∶7∶3，水的质量为砂、石灰和石膏质量之和的10%；

所述薄基岩层的相似材料按质量配置比为：砂∶石灰∶石膏=4∶5∶5，水的质量为砂、石灰和石膏质量之和的10%；

所述厚表土层的相似材料按质量配置比为：砂∶石灰∶石膏=6∶9∶1，水的质量为砂、石灰和石膏质量之和的10%。

5.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于，

在所述底板、所述煤层、所述薄基岩层和所述厚表土层内的所述相似材料在所述模型架内由下至上分层铺设，每层所述相似材料的厚度为20mm~30mm，相邻的两层所述相似材料之间均铺设有云母粉。

6.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，

所述模拟地层的长度与所述实际地层之间的几何相似比为1/（100~200），所述实际地层的密度与所述相似材料的密度相似比为1.67、时间相似比为10~14.14、应力相似比为167~334。