[发明专利]一种试验模型及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及矿业工程及水利工程的综合利用技术领域，尤其涉及一种试验模型及其制作方法。

背景技术

煤炭在我国能源结构中占据主体地位的格局相当长时期内难以改变，与此同时我国煤炭资源的开发与利用所引发的环境问题却日益突出。一方面，我国西部富煤地区多处于干旱和半干旱地带，水资源短缺，同时地表生态脆弱；另一方面，在煤炭开采过程中不可避免产生矿井水，如果处理不当不仅会造成地下水资源的破坏，同时还会造成河川径流量减少、水资源枯竭、土地沙漠化、环境污染、地表塌陷等一系列危害。因此，保护水资源和地表生态环境，是我国西部煤炭资源开发面临的重大课题。

利用煤矿采空区建造地下水库，实现保水开采是综合利用地下水资源、保护含水层、煤矿安全生产和矿山废弃后地下水源再利用的重大举措。“绿色煤炭”也是国家重大战略问题，将列入国家科技重大专项的重要研究内容。在地下水库设计和建造中，库址与坝址、库容与特征水位、地下水调控与水质过滤净化，都取决于顶底板岩体渗透性能、导水裂隙带和塌落体的渗透系数和储水系数、以及这些参数的动态变化或变异特征与规律；而这些问题又是取决于煤层采动过程中顶底板岩体破损与裂隙发育过程和演化规律、破损岩体塌落方式、范围、堆积型式、块度分布、孔隙大小与分布等物理特征。在现场条件下，难以直接观察、观看、准确测试这些物理特征和相关物理力学参数，采用大型水岩耦合物理模型试验可以实现这一目的。

在水岩耦合物理模型试验条件下，确保相似岩层层间的防渗密封效果，从而保证相对准确的模拟含水相似岩层的渗透特性，是水岩耦合模型试验的关键技术难题之一，现有技术中还没有解决上述技术难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种能够解决水岩耦合模型试验中含水相似岩层和隔水相似岩层之间的密封防渗问题的试验模型及其制作方法。

本发明技术方案提供一种用于试验岩层间密封防渗的试验模型，包括试验箱，在所述试验箱的底部浇筑有含水相似岩层；其中，在所述含水相似岩层上形成有至少一条人工缝隙，所述人工缝隙贯穿所述含水相似岩层的上下表面；在所述含水相似岩层上还设置有至少一圈沟槽，所述沟槽的槽口位于所述含水相似岩层的上表面上，且所述人工缝隙被包围在所述沟槽之内；在所述含水相似岩层上对应于所述沟槽设置有至少一圈防水圈，所述防水圈包括防水圈底部和防水圈顶部，所述防水圈顶部包括朝向所述人工缝隙的方向倾斜设置的迎水斜坡面和朝向远离所述人工缝隙的方向倾斜设置的背水斜坡面；所述防水圈底部位于所述沟槽内，所述防水圈顶部凸起设置在所述含水相似岩层的上表面上；在所述含水相似岩层的上表面上浇筑有隔水相似岩层，所述防水圈顶部位于所述隔水相似岩层内。

进一步地，在所述含水相似岩层上还设置可拆卸的模板，所述沟槽由从所述含水相似岩层上拆下的所述模板形成。

进一步地，所述防水圈的形成方式如下：在所述含水相似岩层上安装至少一圈所述模板，所述模板的模板底端位于所述含水相似岩层内，所述模板的模板顶端伸出于所述含水相似岩层的上部；在所述模板顶端上远离所述人工缝隙的一侧浇筑所述背水斜坡面；在所述背水斜坡面浇筑完成之后，将所述模板从所述含水相似岩层上拆下，并在所述含水相似层上对应于所述模板的位置形成至少一圈所述沟槽；在将所述模板拆下之后，在所述沟槽内浇筑所述防水圈底部，同时在与所述背水斜坡面相对的一侧浇筑所述迎水斜坡面，所述迎水斜坡面与所述防水圈底部一体成型。

进一步地，所述防水圈由水不漏粉与水混合而成，所述水不漏粉与水的重量比为1:0.3。

进一步地，在所述试验箱内浇筑有多层所述含水相似岩层，每层所述含水相似岩层上均设置有所述人工缝隙和所述防水圈；所述隔水相似岩层浇筑在多层所述含水相似岩层中最顶层的所述含水相似岩层上；任意相邻的两层所述含水相似岩层中位于下层的所述含水相似岩层上的所述防水圈的防水圈顶部位于上层的所述相似含水层内；多层所述含水相似岩层中最顶层的所述含水相似岩层上的所述防水圈的防水圈顶部位于所述隔水相似岩层内。

进一步地，任意相邻的两层所述含水相似岩层中的所述人工缝隙对齐设置或交错设置。

进一步地，所述人工缝隙包括多条分支缝隙。

进一步地，多条所述分支缝隙间隔地平行设置；或者，多条所述分支缝隙连接形成网格状。

进一步地，在所述含水相似岩层中布置有可被拆除的多块缝隙形成模板，所述人工缝隙由从所述含水相似岩层中拆除的所述缝隙形成模板所形成。

进一步地，所述缝隙形成模板包括模板框架和设置在所述模板框架内的多条分支缝隙形成板。