【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及巖溶塌陷模擬，尤其涉及一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置及方法。
技術介紹
1、深部巖溶區內巖溶系統比較發育，巖溶系統包括溶洞、溶隙以及巖溶通道，均可為水土運移提供空間。在降雨的作用下，地下水、巖溶水和地表水的作用加劇，深部巖溶區內水土流失程度加深，覆蓋層土體物理性質發生變化，從而引發巖溶塌陷等災害。因此，需要研發降雨條件下深部巖溶塌陷的模擬試驗裝置，以研究深部巖溶水土運移規律。現有巖溶塌陷試驗裝置只能模擬固定形狀的巖溶通道，但某些巖溶通道在巖溶塌陷的過程中，其形狀可能會發生變化，對于可變巖溶通道條件下的巖溶塌陷的模擬，目前還缺少相應的模擬試驗裝置。
技術實現思路
1、專利技術目的：為了克服現有技術中存在的不足，本專利技術提供一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置及方法，能夠對可變巖溶通道進行模擬。
2、技術方案：為實現上述目的，本專利技術的一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置，包括覆蓋土層模擬箱，覆蓋土層模擬箱的外側設置有水頭控制機構，覆蓋土層模擬箱的上方設置有降雨機構，覆蓋土層模擬箱內盛放有試驗土體，覆蓋土層模擬箱的底部開設有巖溶孔模擬口，覆蓋土層模擬箱的下方設置有巖溶洞穴模擬箱；巖溶孔模擬口與巖溶洞穴模擬箱之間連接有模擬管道，模擬管道對應模擬巖溶通道的形狀；所述模擬管道為軟管；巖溶孔模擬口與巖溶洞穴模擬箱之間還設置有管道塑型組件，管道塑型組件能將模擬管道塑造成所需形狀。
3、進一步地，所述模擬管道可拆卸
4、進一步地，所述模擬管道的兩端安裝有裝配頭；所述巖溶洞穴模擬箱的頂部開設有管道接口，管道接口與模擬管道下端的裝配頭可拆卸連接；所述覆蓋土層模擬箱的底部開設有多個巖溶孔模擬口，各個巖溶孔模擬口可單獨開閉，模擬管道上端的裝配頭可選擇性地與其中一個巖溶孔模擬口相連。
5、進一步地，所述巖溶孔模擬口的開口大小可調節。
6、進一步地，所述管道塑型組件的形狀可主動變化，使模擬管道的形狀能在模擬巖溶塌陷的過程中發生變化。
7、進一步地，所述管道塑型組件包括管內塑型單元和管外塑型單元；管內塑型單元包括內支撐模，內支撐模為硬質材料，且置于模擬管道內，內支撐模能將模擬管道撐成所需形狀，內支撐模上堆涂有可溶材料層，可溶材料層溶解時改變模擬管道的內部形狀；管外塑型單元包括外活動支架，模擬管道的外管壁上設置有若干受力端點，外活動支架與多個受力端點相連；外活動支架可主動形變，改變模擬管道的形狀。
8、進一步地，所述內支撐模支撐設置在模擬管道內壁的上表面，以塑造模擬管道上輪廓面的形狀，內支撐模上朝向模擬管道內壁下表面的一側堆涂有可溶材料層；外活動支架與模擬管道外壁下表面的受力端點相連，以塑造模擬管道下輪廓面的形狀。
9、進一步地，所述水頭控制機構包括儲水箱，儲水箱有兩個，分別位于覆蓋土層模擬箱的兩側，兩個儲水箱各自通過輸水管連接覆蓋土層模擬箱或巖溶洞穴模擬箱兩側的輸水孔；兩個儲水箱分別安裝在豎向導軌上，使兩個儲水箱的高度可調節。
10、進一步地，所述降雨機構包括設置在覆蓋土層模擬箱正上方的多排降雨管道，降雨管道上開設有出水孔洞，供水箱通過水泵向多排降雨管道供水。
11、進一步地，一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的方法，包括以下步驟：步驟s1：獲取所需模擬的巖溶通道的形狀結構，并根據軟件預測巖溶通道在巖溶塌陷過程中的形狀變化趨勢；步驟s2：根據所需模擬的巖溶通道的形狀結構，制作內支撐模，并在內支撐模上涂可溶材料層，然后將內支撐模塞入模擬管道內，并使可溶材料層朝向模擬管道內壁下表面，從而由內支撐模塑造出模擬管道上輪廓面的形狀；步驟s3：將模擬管道裝配在巖溶孔模擬口與巖溶洞穴模擬箱之間，接著外活動支架連接在模擬管道外壁下表面的受力端點上，然后由計算機控制外活動支架主動形變，從而由外活動支架塑造出模擬管道下輪廓面的形狀；步驟s4：將試驗土體裝入覆蓋土層模擬箱內；步驟s5：水頭控制機構向覆蓋土層模擬箱和巖溶洞穴模擬箱內輸水，以模擬地下水；步驟s6：降雨機構啟動并模擬降雨，降雨使覆蓋土層模擬箱內的水土經模擬管道流至巖溶洞穴模擬箱內；在降雨過程中，可溶材料層被溶解，計算機根據軟件預測情況來控制外活動支架的形變，共同模擬巖溶塌陷過程中巖溶通道的形狀變化。
12、有益效果：本專利技術的一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置及方法，其有益效果如下：
13、1)用模擬管道來模擬巖溶通道的形狀，模擬管道為軟管，通過管道塑型組件可以將模擬管道塑造成所需形狀，使模擬管道能夠模擬形狀可變的巖溶通道；
14、2)通過內支撐模對模擬管道的上輪廓面進行塑造，內支撐模上涂有可溶材料層，在水土流失過程中，可溶材料層會逐漸溶解，從而模擬自然條件下巖溶通道的變化情況；通過外活動支架對模擬管道的下輪廓面進行塑造，通過計算機的模擬結果來控制外活動支架的形狀，從而改變模擬管道的下輪廓面形狀；由此，在本專利技術中，結合了計算機的模擬結果和可溶材料層的模擬結果，相較于采用單一的模擬結果，綜合兩種模擬結果可以減小誤差，提高模擬效果。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置，其特征在于：包括覆蓋土層模擬箱(1)，覆蓋土層模擬箱(1)的外側設置有水頭控制機構(2)，覆蓋土層模擬箱(1)的上方設置有降雨機構(3)，覆蓋土層模擬箱(1)內盛放有試驗土體，覆蓋土層模擬箱(1)的底部開設有巖溶孔模擬口(4)，覆蓋土層模擬箱(1)的下方設置有巖溶洞穴模擬箱(5)；巖溶孔模擬口(4)與巖溶洞穴模擬箱(5)之間連接有模擬管道(6)，模擬管道(6)對應模擬巖溶通道的形狀；
2.根據權利要求1所述的一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置，其特征在于：所述模擬管道(6)可拆卸地裝配在巖溶孔模擬口(4)與巖溶洞穴模擬箱(5)之間，使模擬管道(6)可更換。
3.根據權利要求2所述的一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置，其特征在于：所述模擬管道(6)的兩端安裝有裝配頭(7)；所述巖溶洞穴模擬箱(5)的頂部開設有管道接口(8)，管道接口(8)與模擬管道(6)下端的裝配頭(7)可拆卸連接；所述覆蓋土層模擬箱(1)的底部開設有多個巖溶孔模擬口(4)，各個巖溶孔模擬口(4)可單獨開閉，模
4.根據權利要求2所述的一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置，其特征在于：所述巖溶孔模擬口(4)的開口大小可調節。
5.根據權利要求4所述的一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置，其特征在于：所述管道塑型組件的形狀可主動變化，使模擬管道(6)的形狀能在模擬巖溶塌陷的過程中發生變化。
6.根據權利要求5所述的一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置，其特征在于：所述管道塑型組件包括管內塑型單元和管外塑型單元；管內塑型單元包括內支撐模(9)，內支撐模(9)為硬質材料，且置于模擬管道(6)內，內支撐模(9)能將模擬管道(6)撐成所需形狀，內支撐模(9)上堆涂有可溶材料層(11)，可溶材料層(11)溶解時改變模擬管道(6)的內部形狀；
7.根據權利要求6所述的一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置，其特征在于：所述內支撐模(9)支撐設置在模擬管道(6)內壁的上表面，以塑造模擬管道(6)上輪廓面的形狀，內支撐模(9)上朝向模擬管道(6)內壁下表面的一側堆涂有可溶材料層(11)；外活動支架與模擬管道(6)外壁下表面的受力端點(10)相連，以塑造模擬管道(6)下輪廓面的形狀。
8.根據權利要求7所述的一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置，其特征在于：所述水頭控制機構(2)包括儲水箱(12)，儲水箱(12)有兩個，分別位于覆蓋土層模擬箱(1)的兩側，兩個儲水箱(12)各自通過輸水管(13)連接覆蓋土層模擬箱(1)或巖溶洞穴模擬箱(5)兩側的輸水孔；兩個儲水箱(12)分別安裝在豎向導軌(14)上，使兩個儲水箱(12)的高度可調節。
9.根據權利要求7所述的一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置，其特征在于：所述降雨機構(3)包括設置在覆蓋土層模擬箱(1)正上方的多排降雨管道(15)，降雨管道(15)上開設有出水孔洞，供水箱(16)通過水泵(17)向多排降雨管道(15)供水。
10.根據權利要求7所述的一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的方法，其特征在于：包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置，其特征在于：包括覆蓋土層模擬箱(1)，覆蓋土層模擬箱(1)的外側設置有水頭控制機構(2)，覆蓋土層模擬箱(1)的上方設置有降雨機構(3)，覆蓋土層模擬箱(1)內盛放有試驗土體，覆蓋土層模擬箱(1)的底部開設有巖溶孔模擬口(4)，覆蓋土層模擬箱(1)的下方設置有巖溶洞穴模擬箱(5)；巖溶孔模擬口(4)與巖溶洞穴模擬箱(5)之間連接有模擬管道(6)，模擬管道(6)對應模擬巖溶通道的形狀；
2.根據權利要求1所述的一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置，其特征在于：所述模擬管道(6)可拆卸地裝配在巖溶孔模擬口(4)與巖溶洞穴模擬箱(5)之間，使模擬管道(6)可更換。
3.根據權利要求2所述的一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置，其特征在于：所述模擬管道(6)的兩端安裝有裝配頭(7)；所述巖溶洞穴模擬箱(5)的頂部開設有管道接口(8)，管道接口(8)與模擬管道(6)下端的裝配頭(7)可拆卸連接；所述覆蓋土層模擬箱(1)的底部開設有多個巖溶孔模擬口(4)，各個巖溶孔模擬口(4)可單獨開閉，模擬管道(6)上端的裝配頭(7)可選擇性地與其中一個巖溶孔模擬口(4)相連。
4.根據權利要求2所述的一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置，其特征在于：所述巖溶孔模擬口(4)的開口大小可調節。
5.根據權利要求4所述的一種模擬降雨以及可變巖溶通道條件下巖溶塌陷的裝置，其特征在于：所述管道塑型組件的形狀可主動變化，使模擬管道(6)的形狀能在模擬巖溶塌陷的過程中發生變化。
6.根據權利要求5所述的一種模擬降雨以及...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王迎超，代健文，耿凡，鄒鶴民，張政，韓立軍，張強，尹乾，鄭順華，何亞鑫，梁宸，
申請(專利權)人：中國礦業大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。