[发明专利]一种用于地球物理勘探的物理模拟试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于地球物理勘探的物理模拟试验装置及方法，包括模型腔体、模型试验面板和不良地质体模型，模型腔体为由多个板体拼接而成的具有一定容纳体积的腔体，腔体外侧设置有约束板体的第一加强元件，所述模型腔体内设置有岩土体，土体内埋设有不良地质体模型，不良地质体模型包括壳体以及设置于壳体内侧支撑壳体并约束壳体的第二加强元件；模型腔体的岩土体表面设置有模型试验面板，布置有电极插孔、跨孔电阻率CT钻孔、雷达探测孔、瞬变电磁法线圈支架及其超前探头放置孔，实现地下空间地球物理勘探的模拟。本发明可以根据实际工程需要灵活对试验装置进行模型的布置，更加贴近模拟实际地下空间情况。

技术领域

本发明涉及一种用于地球物理勘探的物理模拟试验装置及方法。

背景技术

地下空间资源作为一种重要自然资源，在基础设施建设、民防工程建设、环境建设等方面具有重要意义。由于在地下空间开发过程中地下地质体比较复杂,如果没有充分考虑地下空间开发活动与地质环境的相互影响和作用，在一定条件下就会产生环境地质问题或地质灾害。地下空间开发引起的环境地质问题，其中主要包括岩溶引发的地面变形或沉降、因地层承压含水层被揭穿而引起的突涌管涌或者砂土液化、在开发过程中因地下空洞而导致地面塌陷、活断层断裂蠕动或突发错动导致建筑物破坏以及在地铁隧道掘进过程中由于孤石可能引发的地面扰动破坏等，这些由地下空间开发引起的环境地质问题、地质灾害往往比地面更难处理。因此，为了降低在地下空间开发过程中遭遇的上述事故灾害的风险，最有效的解决方案是利用地球物理超前预报技术提前探明或者对服役期的地上构筑物下方的地下空间的不良地质情况，并根据下方的地质情况预先制定合理的处理措施和施工方案。

如何探明地下空间的不良地质情况，提前规避或及早预防因不良地质而导致的地面塌陷和建筑物破坏等危害人民生命财产安全的地质灾害，如今已越来越受到国家的重视。

目前用于对实际地下空间开发工程状况进行研究的主要手段有实地探测、数值模拟和模型试验三类。实地探测是最直接的研究方法，作业人员直接在地表布置测线对下方的地下空间进行探测，但由于受到地表建筑物和地下庞大复杂的管网的影响，测线有时难以布置，探测效果也不理想。数值模拟是一种从实际研究对象抽象出数值模型进行研究的方法，省时省力，但数值模拟只是一种抽象出来的简单模型，只能得出一般规律，而地下空间又是极为复杂的，所以数值计算的结果往往会与实际情况相差甚远。模型试验是指在实验室条件下用不同比例尺的模型对实际工况进行研究的方法，利用模型试验可以重现原型的各种现象与过程，人为地控制变量和试验条件，既可以得到较好的试验效果，又减少了研究周期。

目前用于模拟复杂地下空间情况的物探模拟试验装置尚未开发出，而现有的一些模拟实验装置只是简单模拟等电阻率的地电情况或者单一的地电不良地质体，这与实际地下复杂情况不符；而且装置布置形式比较单一，仅能实现单一地球物理探测装置的布置，无法应用其他物探手段进行探测和对比，试验的可重复性差。因此，开发一个可用于地球物理勘探的物理模拟试验装置，对地球物理勘探技术的进步和保障人民生命财产安全有重用作用，具有重大社会价值和科学价值。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种用于地球物理勘探的物理模拟试验装置及方法，本发明可模拟多种典型地下地质灾害，如空洞、孤石或者岩溶等，并且可以根据实际工程需要灵活对试验装置进行模型的布置，更加贴近模拟实际地下情况。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于地球物理勘探的物理模拟试验装置，包括模型腔体、模型试验面板和不良地质体模型，其中：

所述模型腔体为由多个板体拼接而成的具有一定容纳体积的腔体，所述腔体外侧设置有约束板体的第一加强元件，所述模型腔体内设置有岩土体，所述土体内埋设有不良地质体模型，所述不良地质体模型包括壳体以及设置于壳体内侧支撑壳体并约束壳体的第二加强元件；