一种电阻率法实验室水囊模拟装置及方法与流程

本发明涉及一种电阻率法实验室水囊模拟装置及方法。

背景技术：

地球物理勘探是地球物理学用物理学的原理和方法，对地球的各种物理场分布及其变化进行观测，探索地球本体及近地空间的介质结构、物质组成、形成和演化，研究与其相关的各种自然现象及其变化规律。在此基础上为探测地球内部结构与构造、寻找能源、资源和环境监测提供理论、方法和技术，为灾害预报提供重要依据。

电阻率法是地球物理勘探的一种。电阻率法(resistivitymethod)是根据岩石和矿石导电性的差别，研究地下岩、矿石电阻率变化，进行找矿勘探的一组方法。它是用直流电源通过导线经供电电极(a、b)向地下供电建立电场，经测量电极(m、n)将该电场引起的电位差△‰引入仪器进行测量。

高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法，野外测量时只需将全部电极(几十至上百根)置于测点上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集。当测量结果送入微机后，还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种物理解释的结果。

电阻率法和高密度电阻率法应用于工程中，仍存在一些需要探索的操作方式。在实验室内的研究，有利于对电阻率法的熟悉应用，对新方法的探索，以及对仪器的测试使用等。目前电阻率法的实验室实验缺少功能齐全的设备，并且无法对不良地质体进行任意的位置的三维定位。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种电阻率法实验室水囊模拟装置及方法，本发明可模拟各类现场条件、不良地质体的位置，使用电阻率设备进行实验室实验，开展电阻率新方法验证或仪器测试等，并可扩展使用高密度电阻率法等其他物探方法进行实验室内的模拟实验。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电阻率法实验室水囊模拟装置，包括组合式钢框架、柔性水囊和固定机构，其中，所述组合式钢框架包括若干个钢管，所述钢管之间通过可伸缩钢网连接，所述组合式钢框架在三维空间内的形状与大小可变；所述柔性水囊设置于组合式钢框架内部，设置有开口以容纳被测试的目标体；所述固定机构设置于组合式钢框架端部，通过固定机构以改变目标体放置于柔性水囊的三维方向与位置，进而进行模拟试验。

优选的，所述组合式钢框架包括若干个空心钢管和可伸缩钢网，所述可伸缩钢网设置于两个相邻的空心钢管之间，通过空心钢管和可伸缩钢网的交替连接，以形成容纳柔性水囊的空间。

当然，所述钢管也可替换为其他形式，如实心管或其他金属管等，这些简单替换均属于本领域技术人员在本发明的构思基础上能够想到的简单替换，应属于本发明的保护范围。

其次，钢管之间可伸缩钢网的数量、形状均可根据实际模拟对象和实验环境进行调节，类似的变形均应属于简单替换。

优选的，所述空心钢管底部设置有底轮，便于对整个模拟装置的移动。

优选的，所述底轮设置有锁紧固定装置。如卡扣等，以固定模拟装置的位置、形状和大小。

优选的，所述柔性水囊上部开口，且开口处周围设置有多个孔洞，以固定于组合式钢框架上。

优选的，所述柔性水囊为不透水橡胶，具有柔韧性能，可折叠以适应不同大小和形状的组合式钢框架。

为了解决现有技术无法对不良地质体进行任意的位置的三维定位的不足，本发明还提供了一种可调节的固定机构，该固定机构与目标体连接处的长度可调，且能够通过对固定机构的调整，以使得目标体在柔性水囊中的角度、位置发生变化。

优选的，所述固定机构包括盘线轮及绳索，所述盘线轮安装于组合式钢框架的顶部，盘线轮上盘有绳索。

为了使固定机构更适用于在水中使用电阻率法，且不影响目标体本身的参数，本发明利用具有防水功能的固定机构，以求取得较准确的测试数据。

优选的，所述绳索为防水牛皮纸绳，所述盘线轮有摇柄方便收线。

优选的，所述盘线轮有卡扣能固定绳索长度，且所述绳索上有刻度。

基于上述装置的试验方法，包括以下步骤：

(1)根据模拟实验要求，确定所需模拟装置的个数，以及各个模拟装置的组合式钢框架的形状与规格，进行组装，固定位置；

(2)选用相应规格水囊并调节水囊形状，将其放入组合式钢框架内部紧贴组合式钢框架并固定，装满水；

(3)通过固定机构以改变目标体放置于柔性水囊的三维方向与位置，根据需要将电阻率法仪器设备安放于模拟装置上，进行相应实验。

所述步骤(3)中，优选的，每一三维位置模拟一种隧道情况，可采用一种电阻率方法、不同工况的组合，或不同电阻率法、一种工况的组合，甚至多种电阻率法、多种工况组合，测试时能检测此样本存在下仪器两电极间的视电阻率，不同方法或工况视电阻率不同。

水用来模拟隧道中岩土体环境，均匀介质。纯水的电阻率比较高，可以模拟围岩介质，且容易获得，便于放置目标体，成本低。因此，优选使用纯水。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明为电阻率法甚至高密度电阻率法提供了在实验室进行模拟实验的可能，有利于理论的发展和方法的应用推广；

(2)通过多个钢管框架的组合，控制折叠钢网和水囊的伸缩，可任意调节实验装置大小以适应各种实验环境；

(3)水囊可拆卸清洗，方便干净并能重复利用。盘线轮使用防水绳索，不会对实验信号产生干扰相应；

(4)采用不同绳索连接方案使不良地质体可于实验装置内任意的放置、固定，加强了实验装置的适应性，且绳索带有刻度方便位置记录；

(5)底轮和折叠钢网等设计及装置各部件的可拆卸性保证了装置的运输、储存的便捷，整体结构成本低，效果好，易操作，有利于实验进行和便于普及。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明的钢管框架及盘线轮、底轮；

图2是本发明的一种钢管框架组合方式；

图3是本发明的柔性水囊示意图；

图4是本发明各部件安装位置示意图；

图5是本发明放置不良地质体的一种举例方式示意图；

图6是本发明放置不良地质体的另一种举例方式示意图；

其中：1、钢制框架，2、柔性水囊，3、盘线轮，4、底轮，5、空心钢管，6、折叠钢网，7、水囊上部小孔，8、钢制框架单体，9、盘线轮绳索，10、不良地质体。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的目前电阻率法的实验室实验缺少功能齐全的设备，并且无法对不良地质体进行任意的位置的三维定位的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种电阻率法实验室水囊模拟装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种电阻率法实验室水囊模拟装置，由钢制框架1、柔性水囊2、盘线轮3、底轮4组成。钢制框架1由空心钢管5和折叠钢网6组合而成。且为矩形。柔性水囊2放置于钢制框架1空间内部，用绳索穿过水囊上部小孔7将水囊2与钢制框架1捆绑一起。盘线轮3可拆卸，用螺栓安装于钢制框架1四角。底轮4可拆卸，用螺栓安装于钢制框架1四角底部。

为了降低模拟实验的投入成本，制备方便，钢制框架1优选采用的是空心钢管5。但是，为了增加钢制框架1对于柔性水囊的承载力，也可以选用实心钢或内填充混凝土的钢管。同样的，钢制框架也可以弄成方钢等其他形状的钢管。

在本实施例中，钢制框架1中空心钢管5有四根，位于框架1四角起支撑作用。空心钢管5上部连接盘线轮3，下部连接底轮4，连接处利用钢管连接件。各钢制框架单体8通过改变钢管连接件种类可互相拼接，在三维空间内组合成所需形状和大小。本申请的另一种实施例中，钢制框架更改为三角形。

如图2所示，钢制框架1中折叠钢网6使用钢制条管连接而成，可压缩和伸展。折叠钢网6与空心钢管5连接处为螺栓连接，可拆卸。整个钢制框架1储存运输时能收缩减小体积，使用时适当调节钢网6拉伸长度以控制装置的大小。

且连续的三个钢管之间可以没有夹角，以进行形成的模拟装置的整体空间的扩展与增大。

如图3、图4所示，柔性水囊2上部开口，材料为不透水橡胶，具有柔韧性能折叠适应不同大小和形状的钢制框架1。水囊2上边缘有小孔7，方便用绳索通过小孔7将水囊2与钢制框架1连接固定。

盘线轮3安装于钢制框架1顶部四角，盘线轮3上盘有绳索9，为防水牛皮纸绳。盘线轮3有摇柄方便收线。盘线轮3有卡扣能固定绳索9长度，且所述绳索9上有刻度。

底轮4便于对实验装置的移动，有卡扣可锁定底轮4以固定装置位置。

本发明的应用方法如下：

a、根据实验需要，选定所需单体实验装置8的数量和各单体折叠钢网6的拉伸规格，互相组合并组装起来，锁定底轮4。

b、选用相应规格水囊2并调节水囊2形状，将其放入钢制框架1内部紧贴钢制框架1，使用绳索捆扎固定，装满水。

c、将盘线轮3安装至整体实验装置四角，根据所需不良地质体10放置的三维位置，确定绳索9固定方式和绳索长度。

如图5所示，一种实施方式，可以将目标体四周进行打孔，将绳索9分别套装于孔内，通过调节各个绳索9的长度，来调整目标体在柔性水囊2中的角度和方位。

如图5所示，另一种实施方式，将目标体以竖直角度吊装与模拟装置的中心位置。

d、按照c中确定的绳索9固定方案，将不良地质体10悬放于所需位置后锁定绳索9长度。

e、根据实验需要将电阻率法仪器设备安放于该实验装置上，进行相应实验。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。