[发明专利]直立式全空间瞬变电磁隧道模型实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道超前预报技术，具体地说是一种直立式全空间瞬变电磁隧道模型实验装置。

背景技术

我国水利水电、交通领域中存在大量隧道工程，在隧道开挖施工过程中，如果预先不能探明隧道开挖前方的地质情况，往往会出现无法预料的工程地质灾害，如突水、突泥、坍塌等。所造成的后果轻则冲毁机具，淹没隧道，正常施工被迫中断；重则造成重大人员伤亡和巨大的经济损失，甚至建设工程被迫停建或改线。所以，隧道开挖过程中开展相应的超前预报工作就显得非常有必要。

全空间瞬变电磁法是一种重要的隧道超前预报方法。其对低阻体反应灵敏，接收到的是由激发涡流感应出的二次场，不论目标体产状如何，均能收到有用信号，并对目标体进行成像。全空间瞬变电磁法还具有效率高、探测距离远、能够同时进行测深和剖面测量等优点，这使得该方法成为一种最有发展前景的超前地质预报方法。

隧道前方地质灾害体的类型及其空间分布较为复杂，为了更好地了解不同类型、不同空间分布状态的灾害体的全空间瞬变电磁响应特征情况，就需要开展一系列的物理模拟实验，而一个好的物理模型实验装置往往能起到事半功倍的效果。以往的瞬变电磁模型实验装置主要是针对半空间的模拟实验，针对全空间瞬变电磁方法的模型实验装置却未见报道。另外，普通隧道模型一般为平卧式，不便使用液体相似材料来模拟隧道外部围岩。

发明内容

本发明为隧道前方灾害体的全空间瞬变电磁响应特征研究，提供的是一种结构简单、操作方便，干扰少的直立式全空间瞬变电磁隧道模型实验装置。

本发明具体采用下述技术方案来实现。

直立式全空间瞬变电磁隧道模型实验装置，包括外桶、内桶和挂钩；所述外桶直立，其顶部设有桶盖，桶盖上设有孔，内桶穿过孔并固定在桶盖上，在内桶底部外表面、外桶内壁或者桶盖下表面中的至少一处设有挂钩，所述外桶和内桶之间填充模拟围岩的液体相似材料。

所述内桶和外桶可以为圆柱形，桶盖及桶盖上的孔均为圆形。

所述内桶通过固定螺母固定在桶盖上。

普通隧道模型装置一般为平卧式，难以使用液体相似材料模拟围岩，本装置为直立式，结构简单，使用方便，允许使用液体材料模拟围岩，提高了本发明的适用性。

本发明实验装置为了减少对瞬变电磁场的干扰，均采用非金属材料。此外，为了保证材料的强度，除了挂钩和固定螺母外，其余部分均采用玻璃钢材料制作。

对于隧道腔体模拟，使用内部中空的内桶模拟。而在内桶底部外表面布置有挂钩，以便于用细线悬挂异常体，模拟隧道掌子面（相当于本发明内桶底面，以下类同）前方不良地质体。

为了模拟隧道腔体的外部围岩，制作了一个外桶，用于含盖模拟隧道腔体的内桶，通过在外桶和内桶之间充填模拟液体材料，达到模拟外部围岩效果。另外，在外桶内壁设有挂钩，可便于固定异常体。

为了模拟隧道旁侧的不良地质体，制作了桶盖，其下表面设有挂钩，用以悬挂或与外桶的挂钩固定异常体。桶盖及其上的孔的另一外作用就是可以固定和调整内桶的深入外桶内的深度，从而可以模拟不同开挖长度的隧道，同时也可以调整掌子面前方围岩的空间长度。

所述挂钩上还挂有辅助固定线，用以固定异常体。

所述模拟围岩的相似材料或者液体相似材料为公知技术，具体可参考申请号为200810158522.9、201110427064.6、201210189082.X、201120074257.3、200910061808.X或200910017549.0的专利文件。

本发明的实际应用过程操作简单：使用前，根据计算相似情况，选取合适的围岩模拟材料并放置在内、外桶之间，同时设置好需要实验研究的异常体，然后按照隧道开挖长度调整模拟隧道的内桶。设置完成后便可在内桶底部布置线框进行模拟实验研究。

本发明的有益效果是，满足模拟液体材料的使用并设计成直立式，且结构简单，操作方便，干扰少，可以很好地满足全空间瞬变电磁模拟实验要求。利用该实验装置进行模拟实验时，通过变换不同的异常体及其悬挂或固定状态，可对常见的一些地质灾害体的全空间瞬变电磁响应特殊进行有效地模拟研究。

附图说明

图1是本发明整体结构图。

其中1.内圆柱桶，2.外圆柱桶，3.圆桶盖，4.固定螺母，5. 异常体，6.挂钩，7.辅助固定线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

 图1中，本实施例的实验装置整体呈直立圆柱电池形状，包括内圆柱桶1、外圆柱桶2、圆桶盖3、固定螺母4、挂钩6和辅助固定线7。

安装本实施例实验装置并进行瞬变电磁实验，其步骤为：第一，按相似比确定模拟围岩和异常体5所需要使用的相似材料，一般相似材料为液体；第二，确定需要研究的开挖隧道长度以及模拟异常体5的形状和空间位置，利用辅助固定线7与挂钩6将掌子面正前方异常体5固定好；第三，在内圆柱桶1和外圆柱桶2之间充填相似材料，模拟实验需要的全空间围岩环境；第四，盖上圆桶盖3，利用辅助固定线7与挂钩6将隧道旁侧的异常体5固定好。第五，放入内圆柱桶1，通过固定螺母4调整并固定好内圆柱桶1。第六，在内圆柱桶1底部布置线框进行全空间瞬变电磁模拟实验研究。