[发明专利]充填溶洞沉积与隧道间歇型突水突泥灾变一体化试验装置及方法

权利要求书

1.一种充填溶洞沉积与隧道间歇型突水突泥灾变一体化试验装置，其特征是：包括搅拌箱、水槽、集水箱和若干沉积箱，其中，所述搅拌箱的出口与管道的一端连接，所述管道的另一端延伸至水槽一端，所述水槽下端间隔设置有若干沉积箱，水槽的另一端设置有集水箱，所述水槽内在各沉积箱的前端设置有可拆卸的口径不同挡板；

所述管道上设置有阀门、流量计和记录仪，所述阀门用于控制搅拌后的泥水混合物流速与流量大小，所述流量计和记录仪用于计算搅拌箱内的泥水混合物单位时间流出量和流速曲线；

所述沉积箱与水槽通过法兰结构连接，沉积箱底部设置有透水板和透水石，所述沉积箱的一侧设置有开关，所述沉积箱的另一侧设置连接活节，所述连接活节与管路连接，所述连接活节与沉积箱之间设置有控制阀，所述管路上设置有摄像机，对沉积箱内的突水突泥过程进行摄像，以分析计算沉积序列颗粒的位移-应变规律及沉积序列裂纹宽度。

2.如权利要求1所述的一种充填溶洞沉积与隧道间歇型突水突泥灾变一体化试验装置，其特征是：所述搅拌箱出口处的管道与水槽高度相持平；

或，所述水槽的末端设置有具有一定高度的水槽挡板，保证水槽内水流具有一定高度；

或，所述水槽两端设置有支撑架。

3.如权利要求1所述的一种充填溶洞沉积与隧道间歇型突水突泥灾变一体化试验装置，其特征是：所述集水箱底部设置有出口，出口连接能够通向下水道的排水管。

4.如权利要求1所述的一种充填溶洞沉积与隧道间歇型突水突泥灾变一体化试验装置，其特征是：所述沉积箱上设置有水平刻度和竖向刻度。

5.如权利要求1所述的一种充填溶洞沉积与隧道间歇型突水突泥灾变一体化试验装置，其特征是：所述连接活节用于连接沉积箱和管路，连接接缝处设置有密封机构，保证接缝处密封性良好。

6.如权利要求1所述的一种充填溶洞沉积与隧道间歇型突水突泥灾变一体化试验装置，其特征是：所述透水板上设置有透水石，透水石上覆盖至少一层滤纸，沉积箱内充填介质沉积固结过程中水分通过透水石下渗，透水板包括设置在板上的呈阵列的多个流水通道和用于支撑板的支撑件，以排出沉积箱内泥沙沉积固结过程中渗透的多余水分。

7.如权利要求1所述的一种充填溶洞沉积与隧道间歇型突水突泥灾变一体化试验装置，其特征是：所述摄像机采用光学系统为XTDIC三维全场动态应变变形测量系统。

8.基于权利要求1-7中任一项所述的装置的工作方法，其特征是，包括以下步骤：

检查各部分是否正常工作，将透水板和透水石及滤纸按顺序分别放到各个沉积箱内；

将搅拌箱内放满清水，打开水槽进水口阀门，待各个沉积箱内充满水且水槽内水位达到设定高度，按设定的颗粒级配配置充填介质试样，将试样倒入搅拌箱内并加入定量的水进行充分搅拌；

将除第一个沉积箱以外的所有沉积箱进口处放置挡板，将集水箱排水口打开；

利用流量计、记录仪记录试验过程相关数据，打开水槽进水口，使泥沙混合物流入水槽内，期间按比例往搅拌箱内加入试验试样和水，待泥沙将第一个沉积箱沉积到一定高度，关闭水槽进水口阀门；

将第二个沉积箱进水口处挡板放置到第一个沉积箱进水口，继续打开出水口阀门，使泥沙沉积到第二个沉积箱，待第二个沉积箱泥沙沉积到一定高度，按相同试验步骤依次沉积剩余的沉积箱；

待设定个数的沉积箱均充填完毕后，停止冲水，静置沉淀并打开沉积箱底部开关，沉积固结一定时间；

根据拍摄的图像，分析突水突泥过程中沉积箱内沉积序列及泥沙颗粒位移-应变规律。

9.如权利要求8所述的工作方法，其特征是：沉积箱内充填介质沉积固结完成后，连上管路，打开沉积箱与管路之间的连接阀门，观察突水突泥过程，若未发生突水突泥，则在沉积箱内加水，记录突水过程；

或，待首次突水突泥灾害发生后，观察突出物的分布形态，观察沉积箱内充填介质的变化特征；在突水突泥顶部缓慢加水，观察汇水过程及再次突水突泥的时间和突水情况。

10.如权利要求8所述的工作方法，其特征是：进行不同试验工况水流速度、充填介质浓度、运移距离或/和颗粒级配对溶洞充填介质沉积特征的影响，以及颗粒级配、水头高度或/和沉积高度对间歇型突水突泥过程的影响规律。