本發(fā)明涉及一種電阻率法實(shí)驗(yàn)室水囊模擬裝置及方法。

背景技術(shù)：

地球物理勘探是地球物理學(xué)用物理學(xué)的原理和方法，對(duì)地球的各種物理場(chǎng)分布及其變化進(jìn)行觀測(cè)，探索地球本體及近地空間的介質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成、形成和演化，研究與其相關(guān)的各種自然現(xiàn)象及其變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上為探測(cè)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、尋找能源、資源和環(huán)境監(jiān)測(cè)提供理論、方法和技術(shù)，為災(zāi)害預(yù)報(bào)提供重要依據(jù)。

電阻率法是地球物理勘探的一種。電阻率法(resistivitymethod)是根據(jù)巖石和礦石導(dǎo)電性的差別，研究地下巖、礦石電阻率變化，進(jìn)行找礦勘探的一組方法。它是用直流電源通過(guò)導(dǎo)線經(jīng)供電電極(a、b)向地下供電建立電場(chǎng)，經(jīng)測(cè)量電極(m、n)將該電場(chǎng)引起的電位差△‰引入儀器進(jìn)行測(cè)量。

高密度電阻率法實(shí)際上是一種陣列勘探方法，野外測(cè)量時(shí)只需將全部電極(幾十至上百根)置于測(cè)點(diǎn)上，然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和微機(jī)工程電測(cè)儀便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)采集。當(dāng)測(cè)量結(jié)果送入微機(jī)后，還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并給出關(guān)于地電斷面分布的各種物理解釋的結(jié)果。

電阻率法和高密度電阻率法應(yīng)用于工程中，仍存在一些需要探索的操作方式。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的研究，有利于對(duì)電阻率法的熟悉應(yīng)用，對(duì)新方法的探索，以及對(duì)儀器的測(cè)試使用等。目前電阻率法的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)缺少功能齊全的設(shè)備，并且無(wú)法對(duì)不良地質(zhì)體進(jìn)行任意的位置的三維定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種電阻率法實(shí)驗(yàn)室水囊模擬裝置及方法，本發(fā)明可模擬各類現(xiàn)場(chǎng)條件、不良地質(zhì)體的位置，使用電阻率設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，開(kāi)展電阻率新方法驗(yàn)證或儀器測(cè)試等，并可擴(kuò)展使用高密度電阻率法等其他物探方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的模擬實(shí)驗(yàn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種電阻率法實(shí)驗(yàn)室水囊模擬裝置，包括組合式鋼框架、柔性水囊和固定機(jī)構(gòu)，其中，所述組合式鋼框架包括若干個(gè)鋼管，所述鋼管之間通過(guò)可伸縮鋼網(wǎng)連接，所述組合式鋼框架在三維空間內(nèi)的形狀與大小可變；所述柔性水囊設(shè)置于組合式鋼框架內(nèi)部，設(shè)置有開(kāi)口以容納被測(cè)試的目標(biāo)體；所述固定機(jī)構(gòu)設(shè)置于組合式鋼框架端部，通過(guò)固定機(jī)構(gòu)以改變目標(biāo)體放置于柔性水囊的三維方向與位置，進(jìn)而進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

優(yōu)選的，所述組合式鋼框架包括若干個(gè)空心鋼管和可伸縮鋼網(wǎng)，所述可伸縮鋼網(wǎng)設(shè)置于兩個(gè)相鄰的空心鋼管之間，通過(guò)空心鋼管和可伸縮鋼網(wǎng)的交替連接，以形成容納柔性水囊的空間。

當(dāng)然，所述鋼管也可替換為其他形式，如實(shí)心管或其他金屬管等，這些簡(jiǎn)單替換均屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的構(gòu)思基礎(chǔ)上能夠想到的簡(jiǎn)單替換，應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

其次，鋼管之間可伸縮鋼網(wǎng)的數(shù)量、形狀均可根據(jù)實(shí)際模擬對(duì)象和實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，類似的變形均應(yīng)屬于簡(jiǎn)單替換。

優(yōu)選的，所述空心鋼管底部設(shè)置有底輪，便于對(duì)整個(gè)模擬裝置的移動(dòng)。

優(yōu)選的，所述底輪設(shè)置有鎖緊固定裝置。如卡扣等，以固定模擬裝置的位置、形狀和大小。

優(yōu)選的，所述柔性水囊上部開(kāi)口，且開(kāi)口處周圍設(shè)置有多個(gè)孔洞，以固定于組合式鋼框架上。

優(yōu)選的，所述柔性水囊為不透水橡膠，具有柔韌性能，可折疊以適應(yīng)不同大小和形狀的組合式鋼框架。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法對(duì)不良地質(zhì)體進(jìn)行任意的位置的三維定位的不足，本發(fā)明還提供了一種可調(diào)節(jié)的固定機(jī)構(gòu)，該固定機(jī)構(gòu)與目標(biāo)體連接處的長(zhǎng)度可調(diào)，且能夠通過(guò)對(duì)固定機(jī)構(gòu)的調(diào)整，以使得目標(biāo)體在柔性水囊中的角度、位置發(fā)生變化。

優(yōu)選的，所述固定機(jī)構(gòu)包括盤(pán)線輪及繩索，所述盤(pán)線輪安裝于組合式鋼框架的頂部，盤(pán)線輪上盤(pán)有繩索。

為了使固定機(jī)構(gòu)更適用于在水中使用電阻率法，且不影響目標(biāo)體本身的參數(shù)，本發(fā)明利用具有防水功能的固定機(jī)構(gòu)，以求取得較準(zhǔn)確的測(cè)試數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，所述繩索為防水牛皮紙繩，所述盤(pán)線輪有搖柄方便收線。

優(yōu)選的，所述盤(pán)線輪有卡扣能固定繩索長(zhǎng)度，且所述繩索上有刻度。

基于上述裝置的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

(1)根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)要求，確定所需模擬裝置的個(gè)數(shù)，以及各個(gè)模擬裝置的組合式鋼框架的形狀與規(guī)格，進(jìn)行組裝，固定位置；

(2)選用相應(yīng)規(guī)格水囊并調(diào)節(jié)水囊形狀，將其放入組合式鋼框架內(nèi)部緊貼組合式鋼框架并固定，裝滿水；

(3)通過(guò)固定機(jī)構(gòu)以改變目標(biāo)體放置于柔性水囊的三維方向與位置，根據(jù)需要將電阻率法儀器設(shè)備安放于模擬裝置上，進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)。

所述步驟(3)中，優(yōu)選的，每一三維位置模擬一種隧道情況，可采用一種電阻率方法、不同工況的組合，或不同電阻率法、一種工況的組合，甚至多種電阻率法、多種工況組合，測(cè)試時(shí)能檢測(cè)此樣本存在下儀器兩電極間的視電阻率，不同方法或工況視電阻率不同。

水用來(lái)模擬隧道中巖土體環(huán)境，均勻介質(zhì)。純水的電阻率比較高，可以模擬圍巖介質(zhì)，且容易獲得，便于放置目標(biāo)體，成本低。因此，優(yōu)選使用純水。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明為電阻率法甚至高密度電阻率法提供了在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的可能，有利于理論的發(fā)展和方法的應(yīng)用推廣；

(2)通過(guò)多個(gè)鋼管框架的組合，控制折疊鋼網(wǎng)和水囊的伸縮，可任意調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置大小以適應(yīng)各種實(shí)驗(yàn)環(huán)境；

(3)水囊可拆卸清洗，方便干凈并能重復(fù)利用。盤(pán)線輪使用防水繩索，不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)信號(hào)產(chǎn)生干擾相應(yīng)；

(4)采用不同繩索連接方案使不良地質(zhì)體可于實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)任意的放置、固定，加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)裝置的適應(yīng)性，且繩索帶有刻度方便位置記錄；

(5)底輪和折疊鋼網(wǎng)等設(shè)計(jì)及裝置各部件的可拆卸性保證了裝置的運(yùn)輸、儲(chǔ)存的便捷，整體結(jié)構(gòu)成本低，效果好，易操作，有利于實(shí)驗(yàn)進(jìn)行和便于普及。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1是本發(fā)明的鋼管框架及盤(pán)線輪、底輪；

圖2是本發(fā)明的一種鋼管框架組合方式；

圖3是本發(fā)明的柔性水囊示意圖；

圖4是本發(fā)明各部件安裝位置示意圖；

圖5是本發(fā)明放置不良地質(zhì)體的一種舉例方式示意圖；

圖6是本發(fā)明放置不良地質(zhì)體的另一種舉例方式示意圖；

其中：1、鋼制框架，2、柔性水囊，3、盤(pán)線輪，4、底輪，5、空心鋼管，6、折疊鋼網(wǎng)，7、水囊上部小孔，8、鋼制框架單體，9、盤(pán)線輪繩索，10、不良地質(zhì)體。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在的目前電阻率法的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)缺少功能齊全的設(shè)備，并且無(wú)法對(duì)不良地質(zhì)體進(jìn)行任意的位置的三維定位的不足，為了解決如上的技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N電阻率法實(shí)驗(yàn)室水囊模擬裝置。

本申請(qǐng)的一種典型的實(shí)施方式中，如圖1所示，一種電阻率法實(shí)驗(yàn)室水囊模擬裝置，由鋼制框架1、柔性水囊2、盤(pán)線輪3、底輪4組成。鋼制框架1由空心鋼管5和折疊鋼網(wǎng)6組合而成。且為矩形。柔性水囊2放置于鋼制框架1空間內(nèi)部，用繩索穿過(guò)水囊上部小孔7將水囊2與鋼制框架1捆綁一起。盤(pán)線輪3可拆卸，用螺栓安裝于鋼制框架1四角。底輪4可拆卸，用螺栓安裝于鋼制框架1四角底部。

為了降低模擬實(shí)驗(yàn)的投入成本，制備方便，鋼制框架1優(yōu)選采用的是空心鋼管5。但是，為了增加鋼制框架1對(duì)于柔性水囊的承載力，也可以選用實(shí)心鋼或內(nèi)填充混凝土的鋼管。同樣的，鋼制框架也可以弄成方鋼等其他形狀的鋼管。

在本實(shí)施例中，鋼制框架1中空心鋼管5有四根，位于框架1四角起支撐作用?？招匿摴?上部連接盤(pán)線輪3，下部連接底輪4，連接處利用鋼管連接件。各鋼制框架單體8通過(guò)改變鋼管連接件種類可互相拼接，在三維空間內(nèi)組合成所需形狀和大小。本申請(qǐng)的另一種實(shí)施例中，鋼制框架更改為三角形。

如圖2所示，鋼制框架1中折疊鋼網(wǎng)6使用鋼制條管連接而成，可壓縮和伸展。折疊鋼網(wǎng)6與空心鋼管5連接處為螺栓連接，可拆卸。整個(gè)鋼制框架1儲(chǔ)存運(yùn)輸時(shí)能收縮減小體積，使用時(shí)適當(dāng)調(diào)節(jié)鋼網(wǎng)6拉伸長(zhǎng)度以控制裝置的大小。

且連續(xù)的三個(gè)鋼管之間可以沒(méi)有夾角，以進(jìn)行形成的模擬裝置的整體空間的擴(kuò)展與增大。

如圖3、圖4所示，柔性水囊2上部開(kāi)口，材料為不透水橡膠，具有柔韌性能折疊適應(yīng)不同大小和形狀的鋼制框架1。水囊2上邊緣有小孔7，方便用繩索通過(guò)小孔7將水囊2與鋼制框架1連接固定。

盤(pán)線輪3安裝于鋼制框架1頂部四角，盤(pán)線輪3上盤(pán)有繩索9，為防水牛皮紙繩。盤(pán)線輪3有搖柄方便收線。盤(pán)線輪3有卡扣能固定繩索9長(zhǎng)度，且所述繩索9上有刻度。

底輪4便于對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的移動(dòng)，有卡扣可鎖定底輪4以固定裝置位置。

本發(fā)明的應(yīng)用方法如下：

a、根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，選定所需單體實(shí)驗(yàn)裝置8的數(shù)量和各單體折疊鋼網(wǎng)6的拉伸規(guī)格，互相組合并組裝起來(lái)，鎖定底輪4。

b、選用相應(yīng)規(guī)格水囊2并調(diào)節(jié)水囊2形狀，將其放入鋼制框架1內(nèi)部緊貼鋼制框架1，使用繩索捆扎固定，裝滿水。

c、將盤(pán)線輪3安裝至整體實(shí)驗(yàn)裝置四角，根據(jù)所需不良地質(zhì)體10放置的三維位置，確定繩索9固定方式和繩索長(zhǎng)度。

如圖5所示，一種實(shí)施方式，可以將目標(biāo)體四周進(jìn)行打孔，將繩索9分別套裝于孔內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)繩索9的長(zhǎng)度，來(lái)調(diào)整目標(biāo)體在柔性水囊2中的角度和方位。

如圖5所示，另一種實(shí)施方式，將目標(biāo)體以豎直角度吊裝與模擬裝置的中心位置。

d、按照c中確定的繩索9固定方案，將不良地質(zhì)體10懸放于所需位置后鎖定繩索9長(zhǎng)度。

e、根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要將電阻率法儀器設(shè)備安放于該實(shí)驗(yàn)裝置上，進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)。

以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(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(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。