[發明專利]隧道及地下工程中突水突泥災害實時監測裝置與操作方法

有效

• 申請號: 201710317437.1
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN107144470B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 李術才;王欣桐;薛翊國;李志強;胡杰;陶宇帆;周炳樺;張開
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

1.一種隧道及地下工程中突水突泥災害實時監測裝置，其特征在于，包括：

模型箱，用于盛裝含水體相似材料來模擬巖體；所述模型箱為裝配式結構，包括剛性鋼板以及底座，剛性鋼板以及底座由螺栓連接成一個矩形結構；所述模型箱的前、后兩側鋼板預留開挖洞口，用于與泥水收集裝置相連；地應力模擬系統，用于對模型箱系統內的含水體相似材料實施一定的壓力，用于模擬地應力；材料內布設若干含水體空腔，通過裝滿可融鹽的氣球實現，空腔與外部供水裝置經過鋼板上預留的小孔相連，供水裝置上裝有壓力控制器和流量控制閥，與伺服控制器相連，隨時對模擬的滲壓進行控制；

所述的地應力模擬系統包括一個龍門式框架、外側滑軌和內側滑軌，所述的龍門式框架的底部安裝在外側滑軌上能沿著外側滑軌移動，模型箱安裝在內側滑軌上能沿著內側滑軌移動，且在所述的龍門式框架上安裝有對所述模型箱實施壓力以模擬地應力的液壓千斤頂；在所述的龍門式框架的兩側壁和頂板上均固定液壓千斤頂；

注水裝置，用于向含水體相似材料內注入一定量的水；所述注水裝置上裝有壓力控制器和流量控制閥，與伺服控制器相連，隨時對模擬的滲壓進行控制；

監測系統：在試驗體內部預先埋設相似材料內的滲壓傳感器、微型土壓力傳感器、光纖光柵位移計、應變磚及模型箱內部連通的泥水量收集裝置；多種傳感器通過傳輸線與伺服控制器相連，對突水災害發生前后的信息進行實時監測與采集；

所述泥水量收集裝置包括泥水收集管、過濾網、泥水收集箱，泥水收集管稍小于洞口斷面，嵌套在洞口內，收集管端部與前后兩側鋼板由螺栓連接，兩層過濾網分別位于收集管兩側，對涌出的水、泥進行分離，泥水收集管與泥水收集箱相連，收集箱內裝有水量監測器，與控制器相連；

控制系統，用于對注水裝置進行控制，同時對信息監測系統采集的數據進行處理。

2.如權利要求1所述的隧道及地下工程中突水突泥災害實時監測裝置，其特征在于，所述的含水體相似材料包括模擬巖體的相似材料，在所述的相似材料內開挖有多個洞室，且在材料內布設若干含水體空腔，所述的含水體空腔通過裝滿可融鹽的氣球實現，所述含水體空腔與供水裝置相連。

3.如權利要求1所述的隧道及地下工程中突水突泥災害實時監測裝置，其特征在于，在前側鋼板設置有玻璃視窗，玻璃視窗四周設置肋板，與鋼板連接牢固。

4.如權利要求1所述的隧道及地下工程中突水突泥災害實時監測裝置，其特征在于，所述的實時監測試驗裝置還包括一個實時攝像系統：采用高清攝像儀記錄隧道突水突泥災害發生過程，與計算機相連，結合收集到的數據，用于后期分析災害演變規律以及預測預警提供依據。

5.應用權利要求1-4任一所述的裝置實現隧道及地下工程中突水突泥災害綜合實時監測的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)利用剛性高強鋼板、底座對模型箱進行組裝，隨后將預制好的含水體相似材料放置在模型箱內，固定上蓋，且將模型箱安裝在內側滑軌上；將龍門式框架安裝在外側滑軌上，在外側滑軌上安裝液壓千斤頂，連接剩余各部件，完成準備工作；

2)通過注水管向模型箱的含水體相似材料中注水，控制系統通過調節壓力控制器和流量控制閥使水壓和流量達到設定要求，地應力模擬系統通過逐級加載的方式控制液壓千斤頂達到設定的地應力條件；

3)在加載和注水過程中，觀測并記錄滲壓、土壓力、位移、應變、突水量和涌泥量，結合攝像系統進行實時監測和分析；

4)根據所需工況，重復(1)～(3)操作過程。