专利名称：相似模型试验中隐伏水体或充水岩溶管道系统及埋设方法
技术领域：
本发明涉及一种地质力学领域，尤其是一种相似模型试验中隐伏水体或充水岩溶管道系 统及埋设方法。
背景技术：
我国岩溶分布面积广，在岩溶地区修建地下隧道工程或开挖巷道，施工中极易诱导大规 模、突发性的突水灾害。我国学者开展了大量的突水研究工作,但也存在明显的弱点，在做突 水试验的基本模型时， 一般使用均一材料，简化的铺设岩土层。实际工程中，受地质构造和 溶蚀作用等因素影响，工程岩土体中往往存在着很多的不良地质体，如隐伏水体或充水岩溶 管道。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单，模拟逼真，可用于模 拟开挖或其他因素影响下的隧(巷)施工过程，采集塌方前兆信息，研究施工过程力学、塌 方和围岩变形规律，有利于实际工程的安全施工与灾害预警的相似模型试验中隐伏水体或充 水岩溶管道系统及埋设方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案
一种相似模型试验中隐伏水体或充水岩溶管道系统，包括试验台架，试验台架内铺设有 若干层相似材料，相似材料中开挖有隧道，相似材料中设置有隐伏水体或充水岩溶管道，隐 伏水体或充水岩溶管道通过进出水管与试验台架外部的加压泵连接，加压泵与控制装置连接。
所述试验台架为刚性透明台架。
一种相似模型试验中隐伏水体或充水岩溶管道系统的埋设方法，包括以下步骤-
A. 铺设相似材料，将相似材料依据工程背景中岩土体强度在试验台架中分层铺设，且可 按实际岩土层倾角铺设；
B. 埋入盐岩预制体，当相似材料铺设到隐伏水体或岩溶管道所在位置时，将由可溶盐岩 预制而成预定形状的隐伏水体或岩溶管道埋入相似材料中，然后继续铺设上覆岩土相似材料 层直至到达预定位置；
C. 隧道的开挖，隧道所在位置先按正常岩土相似材料层铺设，在后期试验过程中开挖；
D. 隐伏水体或岩溶管道的制备，后期通过加压泵向可溶盐岩预制体内注水溶解可溶盐岩 预制体，并抽出盐岩溶液，然后用加压泵注水加压，从而成功构造了模型试验中隐伏水体或 充水岩溶管道，可保证在相似材料夯实过程中，不在隐伏水体或充水岩溶管道处产生塌方，并通过控制装置和加压泵控制相似材料内隐伏水体或岩溶管道水力条件。 本发明中的相似材料和控制装置均为现有技术，在此不再赘述。
本发明按照实际工程中的隐伏水体或充水岩溶管道形状，通过相似比换算后，用可溶性 好的盐岩预制隐伏水体或充水岩溶管道；相似材料铺设时，将盐岩预制体埋入实际工程中的 隐伏水体或充水岩溶管道相应位置；材料铺设完毕后，注水溶解盐岩预制体，并抽出盐岩溶 液，然后用加压泵注水加压，从而成功构造了模型试验中隐伏水体或充水岩溶管道；加压泵 具有定流量、变流量和定压力三个档位选择，与工程中实际水力边界条件相吻合定流量控 制可保证加压泵以恒定的流量向隐伏水体或充水岩溶管道内部注水；变流量控制可保证按变 流量曲线(由实测变流量曲线经相似比换算得到)向隐伏水体或充水岩溶管道内部注水；定 压力控制可保证加压泵以恒定的压力向隐伏水体或充水岩溶管道内部注水，即隐伏水体或充 水岩溶管道内部水压不变；
本发明隐伏水体或岩溶管道形成前，进(出)水管和加压泵可断续向模型中注水和抽水， 从而溶解隐伏水体或岩溶管道预制体，形成模型中隐伏水体或岩溶管道；隐伏水体或岩溶管 道形成后，控制装置与加压泵可通过定流量、变流量或定压力三个档位控制隐伏水体或充水 岩溶管道水力条件，经由进(出)水管向隐伏水体或岩溶管道内注水。
本发明研究了模型试验中隐伏水体或充水岩溶管道的埋设装置和方法，解决了隐伏水体 或充水岩溶管道的埋设和模拟问题。将隐伏水体或充水岩溶管道埋入模型试验相似材料中， 与前人研究相比，与工程实践更接近，所得出的突水理论研究成果适用范围更广。
本发明解决了模型试验中隐伏水体与充水岩溶管道构造和埋设问题，具有以下优点
1、 能成功的将隐伏水体或充水岩溶管道埋入相似模型；
2、 洞壁与实际工程中隐伏水体或充水岩溶管道吻合；
3、 能保证相似材料成功铺设，材料铺设过程中，不至于在隐伏水体或充水岩溶管道处产 生塌方，以致不能在相似模型中形成隐伏水体或充水岩溶管道；
4、 控制装置可根据工程背景与模拟需要，通过加压泵控制相似材料内隐伏水体或岩溶管 道水力条件(定流量、变流量或定压力)，其中，流量曲线或压力条件可依据工程实测资料和 相似理论换算得到。
图l是本发明结构示意其中l.相似材料顶面；2.进出水管；3.试验台架；4.隐伏水体或充水岩溶管道；5.隧(巷) 道；6.相似材料；7.加压泵，8.控制装置，
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1中， 一种相似模型试验中隐伏水体或充水岩溶管道系统，包括试验台架3，试验台架3内铺设有若干层相似材料6，相似材料6中开挖有隧(巷)道5,相似材料中6设置有隐伏水体或充水岩溶管道4，隐伏水体或充水岩溶管道4通过进出水管2与试验台架3外部的加压泵7连接，加压泵7与控制装置8连接。所述试验台架3为刚性透明台架。
一种相似模型试验中隐伏水体或充水岩溶管道系统的埋设方法，包括以下步骤
A. 铺设相似材料6，将相似材料6依据工程背景中岩土体强度在试验台架3中分层铺设，且可按实际岩土层倾角铺设；
B. 埋入盐岩预制体，当相似材料6铺设到隐伏水体或岩溶管道4所在位置时，将由可溶盐岩预制而成预定形状的隐伏水体或岩溶管道埋4入相似材料中，然后继续铺设上覆岩土相似材料层直至到达预定相似材料顶面1位置；
C. 隧道5的开挖，隧道5所在位置先按正常岩土相似材料层铺设，在后期试验过程中开
挖；
D. 隐伏水体或岩溶管道4的制备，后期通过加压泵7向可溶盐岩预制体内注水溶解可溶盐岩预制体，并抽出盐岩溶液，然后用加压泵7注水加压，从而成功构造了模型试验中隐伏水体或充水岩溶管道4，可保证在相似材料6夯实过程中，不在隐伏水体或充水岩溶管道6处产生塌方，并通过控制装置8和加压泵7控制相似材料6内隐伏水体或岩溶管道4水力条件。
权利要求
1.一种相似模型试验中隐伏水体或充水岩溶管道系统，包括试验台架，其特征在于试验台架内铺设有若干层相似材料，相似材料中开挖有隧道，相似材料中设置有隐伏水体或充水岩溶管道，隐伏水体或充水岩溶管道通过进出水管与试验台架外部的加压泵连接，加压泵与控制装置连接。
2. 根据权利要求1所述的相似模型试验中隐伏水体或充水岩溶管道系统，其特征在于 所述试验台架为刚性透明台架。
3. —种相似模型试验中隐伏水体或充水岩溶管道系统的埋设方法，其特征在于，包括以 下步骤A. 铺设相似材料，将相似材料依据工程背景中岩土体强度在试验台架中分层铺设，且可 按实际岩土层倾角铺设；B. 埋入盐岩预制体，当相似材料铺设到隐伏水体或岩溶管道所在位置时，将由可溶盐岩 预制而成预定形状的隐伏水体或岩溶管道埋入相似材料中，然后继续铺设上覆岩土相似材料 层直至到达预定位置；C. 隧道的开挖，隧道所在位置先按正常岩土相似材料层铺设，在后期试验过程中开挖；D. 隐伏水体或岩溶管道的制备，后期通过加压泵向可溶盐岩预制体内注水溶解可溶盐岩 预制体，并抽出盐岩溶液，然后用加压泵注水加压，从而成功构造了模型试验中隐伏水体或 充水岩溶管道，可保证在相似材料夯实过程中，不在隐伏水体或充水岩溶管道处产生塌方， 并通过控制装置和加压泵控制相似材料内隐伏水体或岩溶管道水力条件。
全文摘要
本发明涉及一种相似模型试验中隐伏水体或充水岩溶管道系统，包括试验台架，试验台架内铺设有若干层相似材料，相似材料中开挖有隧道，相似材料中设置有隐伏水体或充水岩溶管道，隐伏水体或充水岩溶管道通过进出水管与试验台架外部的加压泵连接，加压泵与控制装置连接。同时本发明还公开了所述系统的埋设方法。本发明研究了模型试验中隐伏水体或充水岩溶管道系统及埋设方法，解决了隐伏水体或充水岩溶管道的埋设和模拟问题。将隐伏水体或充水岩溶管道埋入模型试验相似材料中，与前人研究相比，与工程实践更接近，所得出的突水理论研究成果适用范围更广。
文档编号G01M99/00GK101625289SQ200910017560
公开日2010年1月13日 申请日期2009年8月5日 优先权日2009年8月5日
发明者冯现大, 李利平, 李术才, 李树忱, 许振浩 申请人:山东大学