[發(fā)明專利]隧道及地下工程中突水突泥災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置與操作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710317437.1
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN107144470B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李術(shù)才;王欣桐;薛翊國;李志強(qiáng);胡杰;陶宇帆;周炳樺;張開
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發(fā)明公開了一種隧道及地下工程中突水突泥災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測裝置及操作方法，包括：模型箱，用于盛裝含水體相似材料來模擬巖體；地應(yīng)力模擬系統(tǒng)，用于對模型箱系統(tǒng)內(nèi)的含水體相似材料實(shí)施一定的壓力，用于模擬地應(yīng)力；注水裝置，用于向含水體相似材料內(nèi)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(shí)對模擬的滲壓進(jìn)行控制；監(jiān)測系統(tǒng)，包括設(shè)置在模型箱內(nèi)的傳感器和與模型箱內(nèi)部連通的泥水量收集裝置；對突水災(zāi)害發(fā)生前后的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與采集。控制系統(tǒng)，用于對注水裝置進(jìn)行控制，同時(shí)對信息監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于隧道及地下工程中突水突泥災(zāi)害綜合實(shí)時(shí)監(jiān)測試驗(yàn)裝置與操作方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)階段，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，大批水利水電工程、鐵路公路交通工程等重大基礎(chǔ)工程加快了建設(shè)步伐，這大大促進(jìn)了隧洞工程的建設(shè)。隨著水利水電和交通工程建設(shè)重心向地形地質(zhì)條件極端復(fù)雜的西部山區(qū)和巖溶地區(qū)轉(zhuǎn)移。在修建地下隧道工程或開挖巷道時(shí)，施工中復(fù)雜的隧洞賦存環(huán)境極易誘導(dǎo)大規(guī)模、突發(fā)性的突水涌泥災(zāi)害，造成人員傷亡、工期延誤、機(jī)械設(shè)備損壞、投資費(fèi)用增加等諸多問題。在實(shí)際工程中，突水涌泥對工程建設(shè)往往是不可忽略的。

地下工程模型試驗(yàn)是對地下工程進(jìn)行仿真模擬，指導(dǎo)地下工程設(shè)計(jì)和施工的一種有效的方法和手段。地下工程模型試驗(yàn)是按照相似比和相似理論將實(shí)際工程按照一定的比例縮小成一個(gè)模型，并對模型體進(jìn)行相應(yīng)的操作以模擬實(shí)際工程。我國學(xué)者開展了大量的地下水滲流和突水涌泥災(zāi)害研究工作，但也存在明顯的弱點(diǎn)，不能對突水涌泥災(zāi)害發(fā)生過程進(jìn)行全方位的綜合監(jiān)測，對突水涌泥量發(fā)記錄也不夠及時(shí)準(zhǔn)確。現(xiàn)階段，專家學(xué)者對于富水隧道災(zāi)變演變機(jī)制尚不太清楚，缺乏相關(guān)突水動力災(zāi)變演化過程的分析方法和相關(guān)設(shè)備，尚未能提出對于突水涌泥災(zāi)害源隧道監(jiān)測的切實(shí)可行的技術(shù)手段。因此，有必要開發(fā)一種更高效更優(yōu)性能的隧道及地下工程中突水突泥災(zāi)害綜合實(shí)時(shí)監(jiān)測試驗(yàn)裝置，以解決以上問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述技術(shù)的不足，提供一種操作簡便、方便監(jiān)測的隧道及地下工程中突水突泥災(zāi)害綜合實(shí)時(shí)監(jiān)測試驗(yàn)裝置與操作方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種用于隧道及地下工程中突水突泥災(zāi)害綜合實(shí)時(shí)監(jiān)測試驗(yàn)裝置，包括：

模型箱，用于盛裝含水體相似材料來模擬巖體；

地應(yīng)力模擬系統(tǒng)，用于對模型箱系統(tǒng)內(nèi)的含水體相似材料實(shí)施一定的壓力，用于模擬地應(yīng)力；

注水裝置，用于向含水體相似材料內(nèi)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(shí)對模擬的滲壓進(jìn)行控制；

監(jiān)測系統(tǒng)，包括設(shè)置在模型箱內(nèi)的傳感器和與模型箱內(nèi)部連通的泥水量收集裝置；對突水災(zāi)害發(fā)生前后的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與采集；

控制系統(tǒng)，用于對注水裝置進(jìn)行控制，同時(shí)對信息監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

進(jìn)一步的，所述的地應(yīng)力模擬系統(tǒng)包括一個(gè)龍門式框架、外側(cè)滑軌和內(nèi)側(cè)滑軌，所述的龍門式框架的底部安裝在外側(cè)滑軌上能沿著外側(cè)滑軌移動，模型箱安裝在內(nèi)側(cè)滑軌上能沿著內(nèi)側(cè)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(shí)施壓力以模擬地應(yīng)力的液壓千斤頂。

進(jìn)一步的，在所述的龍門式框架的兩側(cè)壁和頂板上均固定液壓千斤頂，且液壓千斤頂與框架通過螺栓固定連接，為模型箱系統(tǒng)施加壓力，以模擬地應(yīng)力。

進(jìn)一步的，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(nèi)開挖有多個(gè)洞室，且在材料內(nèi)布設(shè)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?qū)崿F(xiàn)，所述含水體空腔與供水裝置相連。

進(jìn)一步的，所述含水體相似材料系統(tǒng)的洞口形狀可依據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行預(yù)制，采用相似材料模擬巖體，按照洞口情況利用預(yù)先對相似材料進(jìn)行洞室開挖，