[发明专利]隧道及地下工程中突水突泥灾害实时监测装置与操作方法

说明书

本发明公开了一种隧道及地下工程中突水突泥灾害实时监测装置及操作方法，包括：模型箱，用于盛装含水体相似材料来模拟岩体；地应力模拟系统，用于对模型箱系统内的含水体相似材料实施一定的压力，用于模拟地应力；注水装置，用于向含水体相似材料内注入一定量的水；所述注水装置上装有压力控制器和流量控制阀，与伺服控制器相连，随时对模拟的渗压进行控制；监测系统，包括设置在模型箱内的传感器和与模型箱内部连通的泥水量收集装置；对突水灾害发生前后的信息进行实时监测与采集。控制系统，用于对注水装置进行控制，同时对信息监测系统采集的数据进行处理。

技术领域

本发明涉及一种用于隧道及地下工程中突水突泥灾害综合实时监测试验装置与操作方法。

背景技术

现阶段，随着经济建设的飞速发展，大批水利水电工程、铁路公路交通工程等重大基础工程加快了建设步伐，这大大促进了隧洞工程的建设。随着水利水电和交通工程建设重心向地形地质条件极端复杂的西部山区和岩溶地区转移。在修建地下隧道工程或开挖巷道时，施工中复杂的隧洞赋存环境极易诱导大规模、突发性的突水涌泥灾害，造成人员伤亡、工期延误、机械设备损坏、投资费用增加等诸多问题。在实际工程中，突水涌泥对工程建设往往是不可忽略的。

地下工程模型试验是对地下工程进行仿真模拟，指导地下工程设计和施工的一种有效的方法和手段。地下工程模型试验是按照相似比和相似理论将实际工程按照一定的比例缩小成一个模型，并对模型体进行相应的操作以模拟实际工程。我国学者开展了大量的地下水渗流和突水涌泥灾害研究工作，但也存在明显的弱点，不能对突水涌泥灾害发生过程进行全方位的综合监测，对突水涌泥量发记录也不够及时准确。现阶段，专家学者对于富水隧道灾变演变机制尚不太清楚，缺乏相关突水动力灾变演化过程的分析方法和相关设备，尚未能提出对于突水涌泥灾害源隧道监测的切实可行的技术手段。因此，有必要开发一种更高效更优性能的隧道及地下工程中突水突泥灾害综合实时监测试验装置，以解决以上问题。

发明内容

本发明为克服上述技术的不足，提供一种操作简便、方便监测的隧道及地下工程中突水突泥灾害综合实时监测试验装置与操作方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于隧道及地下工程中突水突泥灾害综合实时监测试验装置，包括：

模型箱，用于盛装含水体相似材料来模拟岩体；

地应力模拟系统，用于对模型箱系统内的含水体相似材料实施一定的压力，用于模拟地应力；

注水装置，用于向含水体相似材料内注入一定量的水；所述注水装置上装有压力控制器和流量控制阀，与伺服控制器相连，随时对模拟的渗压进行控制；

监测系统，包括设置在模型箱内的传感器和与模型箱内部连通的泥水量收集装置；对突水灾害发生前后的信息进行实时监测与采集；

控制系统，用于对注水装置进行控制，同时对信息监测系统采集的数据进行处理。

进一步的，所述的地应力模拟系统包括一个龙门式框架、外侧滑轨和内侧滑轨，所述的龙门式框架的底部安装在外侧滑轨上能沿着外侧滑轨移动，模型箱安装在内侧滑轨上能沿着内侧滑轨移动，且在所述的龙门式框架上安装有对所述模型箱实施压力以模拟地应力的液压千斤顶。

进一步的，在所述的龙门式框架的两侧壁和顶板上均固定液压千斤顶，且液压千斤顶与框架通过螺栓固定连接，为模型箱系统施加压力，以模拟地应力。

进一步的，所述的含水体相似材料包括模拟岩体的相似材料，在所述的相似材料内开挖有多个洞室，且在材料内布设若干含水体空腔，所述的含水体空腔通过装满可融盐的气球实现，所述含水体空腔与供水装置相连。

进一步的，所述含水体相似材料系统的洞口形状可依据实际需要进行预制，采用相似材料模拟岩体，按照洞口情况利用预先对相似材料进行洞室开挖，