[发明专利]一种适用于高压富水岩溶区大型洞室突水模拟试验装置及试验方法

说明书

本发明提供一种适用于高压富水岩溶区大型洞室突水模拟试验装置及试验方法，所述试验装置包括侧向约束系统、地应力加载系统、水压力加载系统以及数据采集系统；所述侧向约束系统、地应力加载系统和地面所围成的空间内浇筑有模型，所述模型内设有高压富水岩溶空腔和洞室；所述地应力加载系统包括垂直应力加载系统和水平应力加载系统以用于分别给模型施加垂直应力和水平应力，所述水压加载系统用于向模型内的高压富水岩溶空腔内提供恒压水压。本发明所提供的试验装置构造简单，操作方便，经济性较好，可以实现不同地应力状态、不同水压力情况下岩体渗流场真实演化规律和突水机理研究，为高压富水岩溶区大型地下洞室突水灾害防治提供依据。

技术领域

本发明属于地下工程突水灾害研究技术领域，尤其是涉及一种适用于高压富水岩溶区大型洞室突水模拟试验装置及试验方法。

背景技术

在高压富水岩溶地区，涌水突水是地下工程施工中所面临的最主要地质灾害之一，一方面岩溶地区地质勘查难度大、施工风险高，另一方面，涌水突水带来的生态环境保护问题日益突出，已逐渐成为制约我国经济建设和清洁能源发展的瓶颈问题。

目前，针对高压富水岩溶区突水问题，主要的研究方法仍是经验分析法和工程类比法，但是该类分析方法一般受研究人员主观因素影响较大，分析结果存在准确性和适用性较差的缺陷，一般仅适合做定性分析。近年来，随着室内模型试验方法和技术的发展，在揭示高压富水岩溶地区突水灾变机理研究中取得了大量成果，但受技术条件限制，现有模型试验装置一般存在试验步骤复杂、经济性差、水压不可控、无法模拟不同应力状态、无法获得岩体渗流场真实演化规律等问题。

因此，针对高压富水岩溶区大型洞室突水灾变问题，有必要开发一种操作方便、经济性好，同时可开展不同地应力状态、不同水压力情况下岩体渗流场真实演化规律和突水机理研究的模型试验平台。

发明内容

本发明的第一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种适用于高压富水岩溶区大型洞室突水模拟试验装置。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种适用于高压富水岩溶区大型洞室突水模拟试验装置，其特征在于：所述适用于高压富水岩溶区大型洞室突水模拟试验装置包括侧向约束系统、地应力加载系统、水压力加载系统以及数据采集系统；

所述侧向约束系统、地应力加载系统和地面所围成的空间内浇筑有模型，所述模型内设有高压富水岩溶空腔和洞室；

所述地应力加载系统包括垂直应力加载系统和水平应力加载系统以用于分别给模型施加垂直应力和水平应力，所述水压加载系统用于向模型内的高压富水岩溶空腔内提供恒压水压，所述数据采集系统包括渗压计和数据采集装置，所述渗压计布置在高压富水岩溶空腔和洞室之间，所述渗压计与数据采集装置相连接。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为本发明的优选技术方案：所述侧向约束系统由实心刚板和有机玻璃板组成，左右两侧为U型钢板，后面为平面钢板，前面为有机玻璃板，所述有机玻璃板上开有空洞，方便进行洞室开挖施工；左右两侧U型钢板通过地锚和螺母固定在地面，U型钢板的翼缘设有螺栓孔，平面钢板及有机玻璃板相对应位置同样设有螺栓孔，通过螺栓和螺母将各部分固定为一个整体。

作为本发明的优选技术方案：所述有机玻璃板外侧设有两块加劲肋板，以提高有机玻璃板约束刚度。

作为本发明的优选技术方案：所述垂直应力加载系统由反力桁架、液压千斤顶、上部垫板和伺服加载控制系统组成，所述伺服加载控制系统与液压千斤顶连接，用于调节施加的垂直应力大小，并保证实验过程中垂直应力大小恒定；所述反力桁架安装在试验装置顶部，通过螺栓和螺母与两侧U型钢板固定，模型上设有上部垫板，上部垫板上与反力桁架之间的空间内布置多台液压千斤顶，上部垫板起到分散压力的作用，所述上部垫板上设有圆孔，圆孔直径大于导水钢管直径，导水钢管可穿过圆孔。