[发明专利]一种基于上覆盖层含优势通道的岩溶塌陷实验装置的实验方法

说明书

本发明涉及岩溶塌陷技术研究领域，尤其涉及一种基于上覆盖层含优势通道的岩溶塌陷实验装置的实验方法。岩溶塌陷实验装置包括模型箱、位于模型箱上方降雨装置、位于模型箱下方供水箱、位于模型箱两侧且高度可调整的第一变水头箱和第二变水头箱；模型箱的中部水平设置有隔板将模型箱分隔为上部的盖层模型箱和下部的溶洞模型箱；盖层模型箱内均匀铺装黏土块；第一出水管连通着第一变水头箱，第二出水管通着第二变水头箱，第三出水管连通着降雨装置；因此本发明一方面可以为研究降雨过程中土层产生的渗透变形和优势流引发岩溶塌陷等提供了全新的技术手段，也重现和揭示了此类岩溶塌陷过程的成因机理，为岩溶塌陷的预防预测工作提供一定的参考价值。

技术领域

本发明涉及岩溶塌陷技术研究领域，尤其涉及一种基于上覆盖层含优势通道的岩溶塌陷实验装置的实验方法。

背景技术

自然界中，土壤常常由于植物根系穿插而产生孔洞，微小动物运动形成通道和居穴，部分区域由于土壤含水量很低产生密布的干缩缝，以及因湿润锋不稳定形成土壤指状渗透通道等，土壤中存在的这种通道称为优势通道。

水分和溶质通过优势通道经过多孔介质的过程称为优势流，优势流作为水在土壤中的某一部分的运动，快于其他部分的现象的反映形式，使土壤剖面出现不规则的湿润程度。所以优势流的一个重要特征是在湿润时，含水量峰值部分能够快速蔓延到某种深度，而环绕大部分的基质孔隙空间，其运移速度远远超出Richards方程预测范围。优势流的另一个重要特征是它本身的非平衡性，即优势流作为一个流动路径，在此路径中，入渗水没有充分的时间与土壤基质的缓慢运移的其他部分保持平衡，而具有非平衡性。

对于上覆盖层含优势通道的岩溶区域，降雨时，在雨水通过上覆盖层逐渐进入深层岩溶的过程中，优势通道作为一个流动路径，在此路径中，入渗水没有充分的时间与土壤基质中的缓慢运移的其他部分保持平衡，此时快速的水流会将土壤微小颗粒一并带入深层岩溶通道中，在渗透力和土体重力，以及可能产生的负压效应共同作用下，进而加速岩溶塌陷现象产生。

由于岩溶塌陷在空间上具有隐蔽性、时间上具有突发性等特征，给研究岩溶塌陷成因机理的分析等带来很大的难度，对其防治和减灾也是当前重要的科研难题之一。因此开展岩溶塌陷研究具有重大意义。

目前，岩溶塌陷的预测预报主要是以GIS技术为基础的岩溶危险区划方法，这类方法主要是对岩溶塌陷的影响因子进行评价分析，赋予影响因子不同的权重，并应用GIS的叠加分析等功能实现岩溶危险等级的划分。这种预测方法在宏观区域的岩溶塌陷的预报预测方面具有较好的效果，但在评价因子的选取、权重赋值等方面存在较大的主观性，并且不能对具体岩溶区的塌陷范围做出定量预测与评价，从而不能有效指导岩溶灾害的工程治理。基于相似理论的模拟实验，为研究岩溶塌陷微观成因机理的分析带来了可能，也为岩溶塌陷定量预测与评价指引了方向。

目前岩溶塌陷的模拟装置无法针对上覆盖层含优势通道的岩溶塌陷类型展开有效研究。基于此，现研究一种上覆盖层含优势通道的岩溶塌陷实验装置及实验方法，通过物理模型试验，可以有效模拟上述塌陷现象。

发明内容

本发明提供一种上覆盖层含优势通道的岩溶塌陷实验装置及实验方法，可以直观的了解到降雨条件下含优势通道的上覆盖层岩溶塌陷的全过程，本发明直观地展现了一个完整过程，即降雨条件时，水流携带土壤颗粒通过优势通道快速渗透，使上覆盖层发生渗透破坏，进而促进岩溶塌陷现象的产生，并进行相关试验及参数确定。

本发明所采用的技术方案是：一种基于上覆盖层含优势通道的岩溶塌陷实验装置的实验方法，

所述岩溶塌陷实验装置包括有机玻璃制的模型箱、位于模型箱上方的降雨装置2、位于模型箱下方的供水箱3、位于模型箱两侧且高度可调整的第一变水头箱41和第二变水头箱42；

所述模型箱的正前方架设有非接触式视频位移测量仪5；