一種充填型巖溶管道系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種充填型巖溶管道系統(tǒng)，包括密閉試驗臺架，所述密閉試驗臺架上部設(shè)有水壓加載空間，試驗臺架下部鋪設(shè)巖體相似材料，在所述巖體相似材料中開挖模擬隧道，并在所述巖體相似材料中埋設(shè)連接水壓加載空間和模擬隧道的充填型巖溶管道，所述巖溶管道內(nèi)鋪設(shè)充填物模擬材料，所述密閉試驗臺架外依次連接壓力變送器、水泵和控制裝置。本實用新型對充填物模擬材料的性質(zhì)做出了明確界定，并考慮了其與巖體相似材料的相互作用關(guān)系，保證試驗的準(zhǔn)確性，實現(xiàn)了不同性質(zhì)的充填物模擬材料在巖溶管道系統(tǒng)中的再填充，研究了不同性質(zhì)充填物的失穩(wěn)突水機理，大大節(jié)約了試驗成本。
【專利說明】
一種充填型巖溶管道系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種地質(zhì)力學(xué)試驗技術(shù)，尤其是一種突水涌泥相似模型試驗中充填型巖溶管道系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]我國巖溶地區(qū)分布廣泛，可溶巖層分布面積約占國土總面積的1/3。隨著我國經(jīng)濟的騰飛，西部大開發(fā)建設(shè)蓬勃發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模不斷擴大，在巖溶地區(qū)修建地下工程或開挖隧(巷)道，施工中極易誘導(dǎo)大規(guī)模、突發(fā)性的突水涌泥災(zāi)害。
[0003]隨著上述問題的日益突出，對地下工程突水涌泥災(zāi)害的研究已經(jīng)成為本領(lǐng)域的熱點之一。我國學(xué)者開展了大量的研究工作，其中試驗研究是最有效的手段之一，但也存在明顯的缺陷。實際工程中，受地質(zhì)構(gòu)造和溶蝕作用影響，巖體中往往存在很多不良地質(zhì)體，如充填型的巖溶管道或斷層，在開展突水涌泥地質(zhì)力學(xué)相似模型試驗時，一般采用均一材料模擬巖體，如何在其中設(shè)制充填型巖溶管道系統(tǒng)是一項技術(shù)難題；同時相似試驗的模型體制作成本較高，如何能避免模型體的一次性使用，實現(xiàn)巖溶管道系統(tǒng)的重復(fù)利用，研究不同性質(zhì)充填物的失穩(wěn)形態(tài)和突水涌泥過程，從而大大節(jié)約試驗成本,也是一項技術(shù)難題。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型為了解決上述問題，提出了一種突水涌泥相似模型試驗中充填型巖溶管道系統(tǒng)。該系統(tǒng)操作方便、模擬準(zhǔn)確，節(jié)約成本，利于研究充填型巖溶管道突水涌泥的前兆信息、不同性質(zhì)充填物的失穩(wěn)特征以及模擬突水涌泥的過程。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種充填型巖溶管道系統(tǒng)，包括密閉試驗臺架，所述密閉試驗臺架上部設(shè)有水壓加載空間，試驗臺架下部鋪設(shè)巖體相似材料，在所述巖體相似材料中開挖模擬隧道，并在所述巖體相似材料中埋設(shè)連接水壓加載空間和模擬隧道的充填型巖溶管道，所述巖溶管道內(nèi)鋪設(shè)充填物模擬材料，所述密閉試驗臺架外依次連接壓力變送器、水泵和控制裝置。
[0007]所述充填型巖溶管道內(nèi)埋設(shè)位移監(jiān)測和滲壓監(jiān)測傳感器，用于監(jiān)測充填物失穩(wěn)突水的災(zāi)變演化信息。
[0008]所述充填型巖溶管道能夠模擬不同斷面形狀和走向，在巖體相似材料分層填筑過程中逐步形成。
[0009]所述充填型巖溶管道的等效直徑不小于5cm。
[0010]所述充填物模擬材料具有遇水軟化特性，軟化系數(shù)范圍為0-3，充填物模擬材料的彈性模量與巖體相似材料的彈性模量之比不大于1/3。
[0011 ] 本實用新型有益效果:
[0012]1)能全面模擬巖溶管道充填物的性質(zhì)，本實用新型對充填物模擬材料的性質(zhì)做出了明確界定，并考慮了其與巖體相似材料的相互作用關(guān)系，保證試驗的準(zhǔn)確性；
[0013]2)能在各項同性的均一相似材料中，制作巖溶管道模擬系統(tǒng)，實現(xiàn)了充填物失穩(wěn)和突水涌泥過程的模擬；
[0014]3)能在巖溶管道系統(tǒng)中再次填充不同性質(zhì)的充填物模擬材料，實現(xiàn)對不同性質(zhì)充填物失穩(wěn)突水機理的研究；
[0015]4)避免了模型體的重復(fù)制作，大大節(jié)約試驗成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
:
[0016]圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]其中，1、密封試驗臺架，2、巖體相似材料，3、巖溶管道，4、充填物模擬材料，5、隧(巷)道輪廓，6、水壓加載空間，7、凡士林，8、高強玻璃膠，9、壓力變送器，10、水泵，11、控制
>j-U ρ?α裝直。

【具體實施方式】
:
[0018]下面結(jié)合附圖與實施例對本實用新型進行進一步的說明。
[0019]圖1中，一種充填型巖溶管道系統(tǒng)，包括密閉試驗臺架1，所述密閉試驗臺架上部設(shè)有水壓加載空間6，試驗臺架下部鋪設(shè)巖體相似材料2，是開展試驗的主要場所，在所述巖體相似材料中開挖模擬隧道5，并在所述巖體相似材料2中埋設(shè)連接水壓加載空間6和模擬隧道5的充填型巖溶管道3，所述巖溶管道內(nèi)鋪設(shè)充填物模擬材料4，所述密閉試驗臺架外依次連接壓力變送器9、水泵10和控制裝置11，主要用于進行精確的水壓加載。
[0020]所述充填型巖溶管道3內(nèi)埋設(shè)位移監(jiān)測和滲壓監(jiān)測傳感器，用于監(jiān)測充填物失穩(wěn)突水的災(zāi)變演化信息。
[0021]所述充填型巖溶管道3能夠模擬不同斷面形狀和走向，在巖體相似材料2分層填筑過程中逐步形成。
[0022]所述充填型巖溶管道3的等效直徑不小于5cm。
[0023]所述充填物模擬材料4具有遇水軟化特性，軟化系數(shù)不大于0.3，且可趨于O (松散材料)，充填物模擬材料的彈性模量與巖體相似材料的彈性模量之比不大于1/3。
[0024]突水涌泥相似充填型巖溶管道系統(tǒng)的制作方法，包括以下步驟:
[0025](I)相似材料填鋪，依據(jù)工程背景和相似理論配制耐水性圍巖相似材料2，在模型架中分層填鋪并夯實，可構(gòu)造實際地層產(chǎn)狀；
[0026](2)埋入巖溶管道系統(tǒng)3，當(dāng)相似材料2鋪設(shè)到巖溶管道系統(tǒng)3所在高度時，在預(yù)定位置鋪設(shè)充填物模擬材料4，控制好斷面形狀和走向，并在設(shè)計高度埋設(shè)位移、滲壓等監(jiān)測傳感器，相似材料2分層夯實過程中，巖溶管道系統(tǒng)3下層截面會發(fā)生自然的擠壓變形，使最終形成的巖溶管道的管壁有一定的不平整度，更接近工程中的自然形態(tài)；
[0027](3)模型體密封，在相似材料2頂部，用凡士林7對材料與試驗臺架I內(nèi)壁接觸部位進行密封，用高強玻璃膠8進行試驗臺架頂部的密封；
[0028](4)模型體上部6注水，在預(yù)定部位進行隧(巷)道開挖5 ；
[0029](5)梯度施加水壓，對巖溶管道3中的充填物模擬材料4進行浸潤，通過控制裝置11和水泵10按照一定的水頭梯度逐步提升水壓，壓力變送器9和數(shù)顯儀實時顯示模型體內(nèi)的水壓，利用監(jiān)測傳感器和攝像儀器，觀測充填物4失穩(wěn)過程和突水涌泥現(xiàn)象。
[0030]充填型巖溶管道系統(tǒng)的再填充方法，包括以下步驟:
[0031]A.沖洗已形成的巖溶管道3，去除原有充填物模擬材料4，并檢測管道內(nèi)監(jiān)測傳感器的工作狀態(tài)是否正常；
[0032]B.在管道壁上涂抹2mm厚的凡士林，避免填筑新的充填物模擬材料4后，水沿巖體相似材料2和充填物模擬材料4間的縫隙流下，造成充填物模擬材料4的整體失穩(wěn)，影響正常的突水涌泥現(xiàn)象；
[0033]C.用堅硬物體封堵巖溶管道下端管口，分層填筑新的充填物模擬材料4，并夯實到試驗設(shè)計的密實度；
[0034]D.對巖溶管道3中新的充填物模擬材料4進行浸潤，通過控制裝置11和水泵10按照一定的水頭梯度逐步提升水壓，壓力變送器9和數(shù)顯儀實時顯示模型體內(nèi)的水壓，利用監(jiān)測傳感器和攝像儀器，觀測充填物4失穩(wěn)過程和突水涌泥現(xiàn)象。
[0035]上述雖然結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種充填型巖溶管道系統(tǒng)，其特征是，包括密閉試驗臺架，所述密閉試驗臺架上部設(shè)有水壓加載空間，試驗臺架下部鋪設(shè)巖體相似材料，在所述巖體相似材料中開挖模擬隧道，并在所述巖體相似材料中埋設(shè)連接水壓加載空間和模擬隧道的充填型巖溶管道，所述巖溶管道內(nèi)鋪設(shè)充填物模擬材料，所述密閉試驗臺架外依次連接壓力變送器、水泵和控制裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種充填型巖溶管道系統(tǒng)，其特征是，所述充填型巖溶管道內(nèi)埋設(shè)位移監(jiān)測和滲壓監(jiān)測傳感器，用于監(jiān)測充填物失穩(wěn)突水的災(zāi)變演化信息。
3.如權(quán)利要求1所述的一種充填型巖溶管道系統(tǒng)，其特征是，所述充填型巖溶管道能夠模擬不同斷面形狀和走向，在巖體相似材料分層填筑過程中逐步形成。
4.如權(quán)利要求1所述的一種充填型巖溶管道系統(tǒng)，其特征是，所述充填型巖溶管道的等效直徑不小于5cm。
5.如權(quán)利要求1所述的一種充填型巖溶管道系統(tǒng)，其特征是，所述充填物模擬材料具有遇水軟化特性，軟化系數(shù)范圍為0-3，充填物模擬材料的彈性模量與巖體相似材料的彈性模量之比不大于1/3。
【文檔編號】G01M10/00GK204085841SQ201420475463
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】周毅, 石少帥, 李術(shù)才, 李利平, 陳迪楊, 孫尚渠, 許振浩, 張乾青 申請人:山東大學(xué)