[發(fā)明專利]用于模擬巖溶地區(qū)地層的相似試驗裝置及其制作的方法

在審

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• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113311136A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇鵬;賈瑞雪;郝卓佳;馮春盛;王澤川;沈杰;郭萍;常羅
• 申請（專利權(quán)）人: 柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N1/28;G01N1/36
• 代理公司: 柳州市榮久專利商標事務(wù)所(普通合伙) 45113
• 代理人: 莫燕華

1.一種用于模擬巖溶地區(qū)地層的相似試驗裝置，其特征在于：包括模型箱、模擬巖溶地區(qū)地層和溶洞模型；

所述模型箱上下開口且內(nèi)部中空，所述模型箱的側(cè)壁底部設(shè)置有孔道；

所述模擬巖溶地區(qū)地層填筑于模型箱內(nèi)部，所述溶洞模型內(nèi)置于模擬巖溶地區(qū)地層中；所述溶洞模型上方設(shè)置有注漿導(dǎo)管，其下方設(shè)置有引流導(dǎo)管；所述引流導(dǎo)管的一端位于溶洞模型下側(cè)，其另一端通過模型箱側(cè)壁底部的孔道留置在模型箱外側(cè)；所述注漿導(dǎo)管的一端位于溶洞模型上側(cè)，其另一端留置在模擬巖溶地區(qū)地層外部。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于模擬巖溶地區(qū)地層的相似試驗裝置，其特征在于：所述溶洞模型由石蠟制成，所述溶洞模型內(nèi)設(shè)置有加熱管。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于模擬巖溶地區(qū)地層的相似試驗裝置，其特征在于：所述模型箱主要由標準板拼裝而成，所述模型箱底部設(shè)置有特殊板，所述模型箱的轉(zhuǎn)角處設(shè)置有角板；所述標準板包括一底板Ⅰ，所述底板Ⅰ四周設(shè)置有折邊，所述折邊上開設(shè)有螺栓孔；所述特殊板包括一底板Ⅱ，所述底板Ⅱ四周設(shè)置有折邊且在板中間位置留有孔道，所述折邊上開設(shè)有螺栓孔；各板之間通過螺栓連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于模擬巖溶地區(qū)地層的相似試驗裝置，其特征在于：所述標準板、特殊板和角板均為不銹鋼板塊制成。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于模擬巖溶地區(qū)地層的相似試驗裝置，其特征在于：所述加熱管為碳纖維加熱管，加熱管帶有導(dǎo)線，導(dǎo)線通過工作口伸出溶洞模型外。

6.一種用于模擬巖溶地區(qū)地層的相似試驗裝置的制作方法，其特征在于：其方法包括模型箱、模擬巖溶地區(qū)地層的相似材料、溶洞模型、模擬巖溶地區(qū)地層和溶洞成型的制作方法；

所述相似材料的制作方法包括如下步驟：

步驟一：準備用于配制所述相似材料的原料：

所述原料主要包括：河砂、重晶石粉、硅酸鹽水泥和純凈水；

步驟二：確定所述相似材料的原料的配比值，其確定方法如下：

（a）確定巖溶地區(qū)地層概化參數(shù)：結(jié)合工程地質(zhì)手冊對巖溶地層的物理力學(xué)參數(shù)給出經(jīng)驗范圍。

（b）確定幾何相似系數(shù)：根據(jù)實驗場地的尺寸大小確定模型箱尺寸，模型箱尺寸與原場地的比即為確定的幾何相似系數(shù)；

（c）根據(jù)相似原理換算出所需相似材料的物理力學(xué)參數(shù)范圍：所述相似材料的各項物理力學(xué)參數(shù)基于相似理論，是通過與實際土體進行相似系數(shù)換算后的數(shù)值；

所述各項物理參數(shù)包括重度、泊松比、彈性模量、粘聚力、內(nèi)摩擦角和抗壓強度；

所述相似系數(shù)根據(jù)實際工程條件和實驗條件進行選定，包括有幾何相似系數(shù)為，重度相似系數(shù)為，泊松比相似系數(shù)為，彈性模量相似系數(shù)為，粘聚力相似系數(shù)為，內(nèi)摩擦角相似系數(shù)為，抗壓強度相似系數(shù)為；然后根據(jù)相似原理，各相似系數(shù)之間的關(guān)系為：

（d）按重量份計，按重量設(shè)置不同的配比：參照步驟（c）換算出來的所述相似材料的物理力學(xué)參數(shù)范圍，根據(jù)經(jīng)驗法，設(shè)置出多組不同的原料配比值，然后把原料按不同的重量份配比充分混合攪拌制成多組待檢測的相似材料；

（e）確定所述相似材料的原料配比值：把多組待檢測的相似材料養(yǎng)護后，通過直剪試驗、三軸試驗測量出相對應(yīng)的相似材料的物理力學(xué)參數(shù)，選出滿足所需相似材料物理力學(xué)參數(shù)條件范圍的原料配比作為所述相似材料的原料配比值；

步驟三：所述相似材料的制備流程：按重量份計，將重晶石粉、河砂、純凈水、硅酸鹽水泥按照步驟二的方法確定好的原料的配比值充分混合攪拌制得相似材料；

所述溶洞模型的制作方法：將石蠟融化，再將融化的石蠟充填在模具中，充填前模具內(nèi)預(yù)留帶導(dǎo)線的加熱管，充填后待石蠟冷卻凝固后拆模；所述模具根據(jù)實際溶洞形狀按相似比例換算后制作；

所述模擬巖溶地區(qū)地層的制作方法：將制備好的模擬巖溶地區(qū)地層的相似材料逐層攤鋪在需要進行試驗的模型箱內(nèi)，在填筑達到一定位置時放置溶洞模型，在溶洞模型上方留置注漿導(dǎo)管，在溶洞模型下方設(shè)置有引流導(dǎo)管；引流導(dǎo)管的一端連至溶洞模型，另一端伸至模型箱底部外側(cè)；擺放好溶洞模型后繼續(xù)填筑相似材料，直至達到符合溶洞模型埋深的地層厚度；這時，所述注漿導(dǎo)管末端需留置在模擬巖溶地區(qū)地層外部；相似材料填筑完成后靜置7天養(yǎng)護形成模擬巖溶地區(qū)地層；

所述溶洞成型的制作方法：待模擬巖溶地區(qū)地層養(yǎng)護完成后再通電利用預(yù)埋的加熱管融化石蠟，石蠟從引流導(dǎo)管流出模型箱外，待石蠟全部流出后在模擬巖溶地區(qū)地層內(nèi)部形成了溶洞；

待溶洞形成后，即可得到用于模擬巖溶地區(qū)地層的相似試驗裝置。