[發(fā)明專利]一種模擬煤層開采引起地層沉降的透明土模型試驗裝置及其試驗方法

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• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113358653A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設計）人: 仉文崗;韓馥檉;張艷梅;曾志凱;向蓉;孫偉鑫;葉文煜
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01B11/16;G01B11/02
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔;馬健

1.一種模擬煤層開采引起地層沉降的透明土模型試驗裝置，其特征在于：包括固定在光學平臺(7)上的透明模型箱(1)，以及透明水袋(3)和透明軟管(4)；

所述透明模型箱(1)整體為一個矩形箱體；這個矩形箱體的一側周壁上設置有一排供透明軟管(4)穿過的孔洞(101)；所述孔洞(101)間隔布置；各個孔洞(101)中心點的連線呈現(xiàn)為傾斜的線段；所述透明模型箱(1)內填筑有透明土(2)；

所述透明水袋(3)傾斜埋設在透明土(2)中；所述透明水袋(3)與透明模型箱(1)的內壁之間存在間隙；所述透明水袋(3)為透明薄膜袋；所述透明水袋(3)的內腔平均分隔成數(shù)個透明分倉(301)；所述透明分倉(301)中充填有水；每個透明分倉(301)均連接有一條透明軟管(4)；所述透明軟管(4)的一端連接透明水袋，另一端伸出孔洞(101)作為出水口；所述出水口處具有控制水流出速度的閥門(9)；

所述模型箱外設置有一臺工業(yè)相機(4)和一臺激光發(fā)射器(6)；工業(yè)相機(4)布置在孔洞(101)對側；所述激光發(fā)射器(6)布置在孔洞(101)的臨側；

工作時，所述激光發(fā)射器(6)發(fā)射激光，在透明土內形成一個透明土散斑場；所述透明分倉(301)中的水依次排出模擬煤層開采；所述工業(yè)相機記錄透明土散斑場變化。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種模擬煤層開采引起地層沉降的透明土模型試驗裝置，其特征在于：所述透明模型箱(1)采用透明亞克力板制成。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種模擬煤層開采引起地層沉降的透明土模型試驗裝置，其特征在于：所述工業(yè)相機和激光發(fā)射器固定在支架上；所述支架高度和角度可調節(jié)；所述光學平臺上設置有預留螺孔；所述支架采用預留螺孔固定在光學平臺上。

4.一種采用權利要求1所述試驗裝置的試驗方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)按設計尺寸制作透明模型箱、透明水袋和水管；制作完成后擦洗透明模型箱側壁；

2)在透明模型箱內配置透明土至一排孔洞的高度，隨后放置裝滿水的透明水袋，將連接水袋的水管從孔洞引出，繼續(xù)在水袋上配置透明土至設計高度；配制完成后靜置24小時；

3)布置并調整工業(yè)相機和激光發(fā)射器；

4)依次調節(jié)透明水袋分倉的出水管閥門，使其均速緩慢出水；第i個分倉中的水完全流出后，待透明土散斑場穩(wěn)定，使用工業(yè)相機進行拍攝；調整激光發(fā)射器的水平位置和高度，獲得第i個分倉排水后不同位置處的透明土切面圖像；直至透明水袋內每個分倉的水全部排出；

5)保存圖片，關閉激光發(fā)射器，整理實驗器材；

6)使用PIV技術處理試驗圖像，得到透明水袋四周尤其上覆透明土各切面的位移矢量。