[发明专利]隧道及地下工程中突水突泥灾害实时监测装置与操作方法

权利要求书

1.一种隧道及地下工程中突水突泥灾害实时监测装置，其特征在于，包括：

模型箱，用于盛装含水体相似材料来模拟岩体；所述模型箱为装配式结构，包括刚性钢板以及底座，刚性钢板以及底座由螺栓连接成一个矩形结构；所述模型箱的前、后两侧钢板预留开挖洞口，用于与泥水收集装置相连；地应力模拟系统，用于对模型箱系统内的含水体相似材料实施一定的压力，用于模拟地应力；材料内布设若干含水体空腔，通过装满可融盐的气球实现，空腔与外部供水装置经过钢板上预留的小孔相连，供水装置上装有压力控制器和流量控制阀，与伺服控制器相连，随时对模拟的渗压进行控制；

所述的地应力模拟系统包括一个龙门式框架、外侧滑轨和内侧滑轨，所述的龙门式框架的底部安装在外侧滑轨上能沿着外侧滑轨移动，模型箱安装在内侧滑轨上能沿着内侧滑轨移动，且在所述的龙门式框架上安装有对所述模型箱实施压力以模拟地应力的液压千斤顶；在所述的龙门式框架的两侧壁和顶板上均固定液压千斤顶；

注水装置，用于向含水体相似材料内注入一定量的水；所述注水装置上装有压力控制器和流量控制阀，与伺服控制器相连，随时对模拟的渗压进行控制；

监测系统：在试验体内部预先埋设相似材料内的渗压传感器、微型土压力传感器、光纤光栅位移计、应变砖及模型箱内部连通的泥水量收集装置；多种传感器通过传输线与伺服控制器相连，对突水灾害发生前后的信息进行实时监测与采集；

所述泥水量收集装置包括泥水收集管、过滤网、泥水收集箱，泥水收集管稍小于洞口断面，嵌套在洞口内，收集管端部与前后两侧钢板由螺栓连接，两层过滤网分别位于收集管两侧，对涌出的水、泥进行分离，泥水收集管与泥水收集箱相连，收集箱内装有水量监测器，与控制器相连；

控制系统，用于对注水装置进行控制，同时对信息监测系统采集的数据进行处理。

2.如权利要求1所述的隧道及地下工程中突水突泥灾害实时监测装置，其特征在于，所述的含水体相似材料包括模拟岩体的相似材料，在所述的相似材料内开挖有多个洞室，且在材料内布设若干含水体空腔，所述的含水体空腔通过装满可融盐的气球实现，所述含水体空腔与供水装置相连。

3.如权利要求1所述的隧道及地下工程中突水突泥灾害实时监测装置，其特征在于，在前侧钢板设置有玻璃视窗，玻璃视窗四周设置肋板，与钢板连接牢固。

4.如权利要求1所述的隧道及地下工程中突水突泥灾害实时监测装置，其特征在于，所述的实时监测试验装置还包括一个实时摄像系统：采用高清摄像仪记录隧道突水突泥灾害发生过程，与计算机相连，结合收集到的数据，用于后期分析灾害演变规律以及预测预警提供依据。

5.应用权利要求1-4任一所述的装置实现隧道及地下工程中突水突泥灾害综合实时监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用刚性高强钢板、底座对模型箱进行组装，随后将预制好的含水体相似材料放置在模型箱内，固定上盖，且将模型箱安装在内侧滑轨上；将龙门式框架安装在外侧滑轨上，在外侧滑轨上安装液压千斤顶，连接剩余各部件，完成准备工作；

2)通过注水管向模型箱的含水体相似材料中注水，控制系统通过调节压力控制器和流量控制阀使水压和流量达到设定要求，地应力模拟系统通过逐级加载的方式控制液压千斤顶达到设定的地应力条件；

3)在加载和注水过程中，观测并记录渗压、土压力、位移、应变、突水量和涌泥量，结合摄像系统进行实时监测和分析；

4)根据所需工况，重复(1)～(3)操作过程。