[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

说明书

本公开提供了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及方法，装置包括搅拌箱、水槽、集水箱和若干沉积箱，搅拌箱的出口与管道的一端连接，管道的另一端延伸至水槽一端，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，水槽内在各沉积箱的前端设置有可拆卸的挡板通过若干沉积箱，通过各个沉积箱的设置和配合，能够模拟并观察充填介质沉积固结过程、突水突泥过程，通过改变流速、试样浓度、颗粒级配、沉积高度和运移距离(投入对应的沉积箱)，能够模拟不同的工况，对间歇型突水突泥过程能够有很好的研究。

技术领域

本公开涉及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及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

根据了解,岩溶类致灾系统在隧道突水突泥灾害中占比45％，由于岩溶地区深长隧道(洞)在施工前期难以全部查清沿线不良地质情况，突发性灾害成因与灾变过程极为复杂，往往会因为突水、突泥等问题，岩溶地区的隧道施工中经常遇到突水突泥及地面塌陷等问题，影响施工进度，造成安全事故。

岩溶类隧道突水突泥致灾系统构造机理较为复杂，其灾害的孕灾机制、成因机理、灾害模式及其演化过程等明显有别于其他地区和其他岩土工程的灾害，其防止理论和技术方法不能套用现有的理论和技术。因此，在隧道(洞)施工过程中，对岩溶地区隧道掌子面前方溶洞溶腔的形成机理及演化过程的研究就显得至关重要。

目前，众多国内外学者在应对岩溶类隧道突水突泥问题的研究方面，对岩溶地区的岩土体的工程性状、隧道突水突泥灾害的孕灾机理及其演化过程的研究，开展了卓有成效的研究，但是研究方向多数集中于工程实际监测和数值模拟。工程实际监测无疑是最客观且直接的研究方法，但由于实际监测无法看到内部溶洞溶腔的孕灾规律，且容易受到实际探测目标多解性的干扰，难以获得理想的试验效果。数值模拟方法是一种从实际研究对象抽象出数值模型进行研究的方法，实验结果存在较大的误差。

同时,根据发明人了解,目前众多隧道突水突泥模型试验中，对溶洞充填介质的填充是按颗粒级配依旧是人为填充，与实际溶洞充填介质的形成过程有较大差异，没有模拟溶洞在自然条件下沉积过程的试验装置，无法模拟溶洞充填介质在自然条件下沉积后发生隧道突水突泥过程。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了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及方法，本公开能模拟大型溶洞充填介质沉积过程，再现隧道间歇型突水突泥灾害发生过程，有助于研究隧道间歇型突水突泥影响因素。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

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，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。

本公开通过若干沉积箱，能够模拟并观察充填介质沉积固结过程、突水突泥过程，通过改变流速、试样浓度、颗粒级配、沉积高度和运移距离(投入对应的沉积箱)，能够模拟不同的工况，对间歇型突水突泥过程能够有很好的研究。

作为一种或多种实施方式，所述搅拌箱出口处的管道与水槽高度相持平。