[發明專利]一種突水突泥開挖模擬裝置及模擬突水突泥災害的方法

在審

• 申請號: 201710139052.0
• 申請日: 2017-03-09
• 公開（公告）號: CN106872334A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 張蕊;李能;王志偉;王衛斌;李洪崗;高立;楊子龍;邱紹富;任慶慧;聶文峰;唐本升;陳瓊;芶文錦
• 申請（專利權）人: 中鐵二院昆明勘察設計研究院有限責任公司
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N33/24
• 代理公司: 昆明正原專利商標代理有限公司53100
• 代理人: 陳左

1.一種突水突泥開挖模擬裝置，包括底座、試驗腔、豎直加壓的加壓裝置和進水口，其特征在于：所述試驗腔一側設有兩個開挖入口，分別位于試驗腔的上下側，通過上側或下側的開挖入口向內開挖隧道，試驗腔內部裝有巖體相似材料和巖溶溶腔，所述巖體相似材料將巖溶溶腔包圍；所述試驗腔設于底座上，所述加壓裝置設于試驗腔頂部，所述試驗腔上還設有進水口。

2.根據權利要求1所述的突水突泥開挖模擬裝置，其特征在于：所述加壓裝置包括受力部、加壓傳力桿和透水板，所述受力部設于加壓傳力桿頂部，所述加壓傳力桿通過密封裝置與試驗腔連接，所述加壓傳力桿底部連接透水板，所述透水板下端設有頂部透水毛氈。

3.根據權利要求2所述的突水突泥開挖模擬裝置，其特征在于：密封裝置為法蘭盤，所述法蘭盤周圍設有若干連接件，法蘭盤通過若干連接件與試驗腔頂部連接，法蘭盤中部設有孔，所述加壓傳力桿穿過孔，所述孔上設有密封圈。

4.根據權利要求3所述的突水突泥開挖模擬裝置，其特征在于：所述孔有三個，且三個孔之間的連線呈三角形，所述進水口設于所述三角形旁側。

5.根據權利要求3所述的突水突泥開挖模擬裝置，其特征在于：所述底座包括底部法蘭盤和支架，試驗腔設于底部法蘭盤上，試驗腔底部設有底部透水毛氈，底部透水毛氈與底部法蘭盤接觸，底部法蘭盤中部設有第二進水口。

6.根據權利要求1-5之一所述的突水突泥開挖模擬裝置，其特征在于：所述開挖隧道外周設有電纜密封接頭。

7.根據權利要求1-5之一所述的突水突泥開挖模擬裝置，其特征在于：巖體相似材料內部沿隧道開挖方向依次設置第一橫向監測斷面和第二橫向監測斷面，所述隧道與第一橫向監測斷面和第二橫向監測斷面垂直，所述巖溶溶腔位于第一橫向監測斷面和第二橫向監測斷面之間。

8.一種利用權利要求1-7所述的裝置模擬突水突泥的方法，其特征在于：包括如下步驟：

（1）組裝裝置；

（2）將巖體相似材料鋪設在試驗腔內，并在巖體相似材料內部預設巖溶溶腔；

（3）沿隧道開挖方向在巖體相似材料內部依次設置第一橫向監測斷面和第二橫向監測斷面，所述巖溶溶腔設于第一橫向監測斷面和第二橫向監測斷面之間，選取具有代表性的位置布設監測點；

（4）待模型裝填完畢后，采用電子萬能試驗機對試驗腔內的巖體相似材料施加豎向荷載至設定值；

（5）用高壓水管將恒壓水箱與進水口相連，并向模型內注水至設計值，采用上側入口或下側入口進行試驗；

（6）在隧道入口處采用上下臺階法通過人工鉆鑿的方式進行開挖，在開挖進行完一個循環后，立即采用支護材料對隧道進行支護，同步進行整個過程中的數據采集，之后再進行下一循環進尺的開挖。

9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于：所述采用上側入口或下側入口進行試驗具體為：當巖溶溶腔位于下側時，采用上側開挖入口進行試驗，通過上側開挖入口開挖隧道，將下側開挖口及上部進水口關閉，水流從下部進水口中進入試驗腔內；當巖溶溶腔位于上側時，采用下側開挖口進行試驗，通過下側開挖入口開挖隧道，將上側開挖口及下部進水口關閉，水流從上部進水口中進入模型試驗主體內。

10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于：所述具有代表性的位置是沿監測斷面開挖輪廓線外拱頂、拱腳、拱肩和拱底。