一种水力诱导覆盖型岩溶塌陷模拟试验装置及使用方法_2

文档序号:9808954阅读:来源:国知局
r>[0027](I)将土样烘干,并锤击成颗粒状;
[0028](2)按照试验要求中土的干密度,计算孔隙率,计算特定土层厚度所需土量:
[0029]Iiid = PdAAh
[0030]其中md-土样质量,
[0031]Pd-土样干密度,
[0032]A-潜水层模拟箱内表面积,
[0033]Ah-土样厚度。
[0034]有益效果:与现有技术相比,本发明的试验系统对覆盖型岩溶塌陷进行模拟,对破坏过程中的渗流场、位移场信息、颗粒运移信息进行全自动实时采集。本发明适用于复杂地下水边界条件的覆盖型岩溶塌陷形成过程机理研究的试验,具有较好的稳定性,同时简化了实验设备,节约了试验成本。同时,本发明装置能够直观看到覆盖型岩溶塌陷全过程,达到深入探索覆盖型岩溶塌陷机理的目的
【附图说明】
[0035]图1是根据覆盖型岩溶塌陷过程的模拟装置的整体结构示意图;
[0036]图2是根据本实施例的试验模型单元结构示意图;
[0037]图3是根据本实施例的试验模型单元连接部示意图;
[0038]图4是根据本实施例的试验模型单元岩溶裂隙模拟板块示意图;
[0039]图5是根据本发明实施例水位控制单元的水位控制箱的示意图;
[0040]图6是根据本发明实施例水位控制单元的的升降系统示意图;
[0041 ]图7是根据本发明实施例升降系统中正弦机构示意图;
[0042]图8是根据本实施例智能监测单元示意图;
[0043]图9是根据本实施例水压力监测支架俯视图;
[0044]图10是根据本实施例水压力监测支架前视图;
[0045]图11是根据本实施例水压力监测系统连接示意图;
[0046]图12是根据本实施例数字成像系统示意图;
[0047]图13是根据本实施例人工降雨模拟器示意图;
[0048]图14是根据本实施例水压力传感器、土壤水分传感器布置示意图。
[0049]附图标记说明:1_循环水箱,2-试验模型箱,3-1、3-2_抽水栗,4a承压层水位控制箱,4b-左侧潜水层水位控制箱,4c-右侧潜水层水位控制箱,5a-承压水位升降系统,5b-左侧潜水层水位升降平台,5c-右侧潜水层水位升降平台,6-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6-6_阀门,7-智能监测单元,8-人工降雨模拟器;2-1为承压层水箱,2-2为潜水层模拟箱,2-3-1为左侧潜水箱,2-3-2为右侧潜水箱,2-4-1为左侧不锈钢网,2-4-2为右侧不锈钢网,2_5为连接部止水橡胶垫,2-6为潜水层模拟箱底板,2-7为承压层水箱顶板,2-8为裂隙隙宽控制片,2-9为裂隙岩溶模拟板,2-10为裂隙岩溶模拟板固定螺丝,2-11为裂隙岩溶模拟板滑槽,2-12-1、2-12-2为消能有机玻璃;2-13为螺孔;4-1出水管,4_2进水管,4_3回水管,4_4回水仓,4-5蓄水仓,4-6溢流板,4-7消能板;5-1槽钢支架,5-2正弦机构,5_3变频电机,5_4变速箱,5-5齿轮,5-6 匀速升降机构,5-7 链条,5-8-1、5-8-2、5-8-3、5-8-4、5-8-5、5_8_6 稳定滑轮,5-9-
1、5-9-2钢绳,5-10-1、5-10-2正弦机构稳固圈,5-11动滑轮,5-12升降平台,5-13带轴承钢架;5-2-1驱动齿轮,5-2-2连杆,5-2-3滑动块,5_2_4机架;7_1计算机,7_2高端单反数码相机,7-2-1聚光灯,7-2-2深色帷蒂,7-2~3白色帷蒂,7-3-1、7-3-2尚频记录仪,7-4-1、7-4-2直流电源24V,7-5 土壤水分传感器,7-6水压力传感器,7-6-1支架,7_6_2水平仪,7-6-3内丝宝塔嘴,7-6-4精密电阻250 Ω,7-6-5调节脚,7_7薄膜压力传感器,7_8激光位移传感器,7-9光学传感器,7-10多点薄膜压力测试系统,7-11激光位移传感器支架;8-1人工降雨水箱,8-2输液针,8-3人工降雨水箱进水口,8-4蠕动栗;9-1水压力测孔,9-2土壤水分传感器测孔。
【具体实施方式】
[0050]下面结合附图,对本发明做详细说明。
[0051]本发明提供了一种水力诱导覆盖型岩溶塌陷模拟试验装置包括水位控制单元、人工降雨模拟单元、试验单元和智能监测单元。其中,水位控制单元用于控制试验过程中试验单元的承压水位和潜水位,如图1所示,水位控制单元包括承压层水位控制箱4a、左侧潜水层水位控制箱4b、右侧潜水层水位控制箱4c、承压水位升降系统5a、左侧潜水层水位升降平台5b和右侧潜水层水位升降平台5c,每个水位控制箱设置有进水管4-2、出水管4-1和回水管4-3(如图5所示)。承压层水位控制箱4a的出水管与承压层水箱2-1的底部相连通,其进水管和回水管分别与循环水箱I相连通;左侧潜水层水位控制箱4b和右侧潜水层水位控制箱4c分别设置于潜水层模拟箱2-2的左侧和右侧,两个水位控制箱的出水管分别位于潜水层模拟箱2-2底端的左右两侧,两个水位控制箱的进水管和回水管分别所述循环水箱相连。每个水位控制箱分别设置于所述水位升降系统的升降平台上,并通过该水位升降系统改变水位控制箱的位置。
[0052]具体来讲,如图5所示,水位控制箱包括出水管4-1、进水管4-2、回水管4_3、回水仓4-4、蓄水仓4-5、溢流板4-6、消能板4-7 ;溢流板垂直设置于水位控制箱内将水位控制箱分隔为蓄水仓和回水仓,并控制稳定水位,当蓄水仓中的水位高于溢流板时,溢流进回水仓,并通过回水管4-3回流至循环水箱;进水管4-2通过软管连接抽水栗(图1中3-1和3-2)并连接循环水箱I为水箱供水,消能板4-7水平设置于水位控制箱内位置高于进水管口 4-2,低于出水管口 4-1,为水流消减能量,进水管4-2连接模型为其提供水源,系统运行时,进水管流量需大于出水管流量并有溢流时才能提供所需水头。
[0053]水位升降系统用于改变水位控制箱位置的装置,每个水位升降系统的升降平台5-12设有均匀升降机构和正弦机构,并由带自锁功能的变频电机驱动,通过变速齿轮再次调速。具体如图6所示,水位升降系统整体结构由槽钢支架5-1支撑,顶部安装有变频电机5-3、变速箱5-4、齿轮5-5、匀速升降机构5-6,其中变频电机带自锁功能,利用交流接触器实现正转和反转,匀速升降机构亦含齿轮构造,直接可由变速箱驱动。正弦机构5-2是含有两个移动副的平面四连杆机构。设置于槽钢支架上部,其驱动齿轮5-2-1固定于带轴承钢架5-13上,围绕轴承旋转,连杆5-2-2—端固定于齿轮上,另一端与滑动块5-2-3相连,随齿轮等角速度运动。机架5-2-4通过稳定滑轮5-8-1、5-8-2和正弦机构稳固圈5-10-1、5-10-2保持位置在槽钢支架平面内,滑动块5-2-3在机架5-2-4槽钢中自由滑动,从而驱动整个机架做正弦运动,其驱动方式是利用链条5-7链接齿轮5-5由变频电机驱动。连杆5-2-2的有效长度可调整。因此机架相对于齿轮圆心的位置为
[0054]h = r cos wt
[0055]其中h_机架槽钢相对于齿轮圆心的位置,
[0056]W-齿轮角速度,
[0057]r-连杆有效长度
[0058]t_时间(假设初始时刻连杆位于最下方)
[0059]升降平台5-12通过稳定滑轮5-8-3、5-8-4、5-8-5、5-8-6在槽钢支架5-1内自由升降。正弦机构和匀速升降机构通过钢绳5-9-1和钢绳
当前第2页1 2 3 4 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1