[发明专利]一种模拟煤层开采引起地层沉降的透明土模型试验装置及其试验方法

权利要求书

1.一种模拟煤层开采引起地层沉降的透明土模型试验装置，其特征在于：包括固定在光学平台(7)上的透明模型箱(1)，以及透明水袋(3)和透明软管(4)；

所述透明模型箱(1)整体为一个矩形箱体；这个矩形箱体的一侧周壁上设置有一排供透明软管(4)穿过的孔洞(101)；所述孔洞(101)间隔布置；各个孔洞(101)中心点的连线呈现为倾斜的线段；所述透明模型箱(1)内填筑有透明土(2)；

所述透明水袋(3)倾斜埋设在透明土(2)中；所述透明水袋(3)与透明模型箱(1)的内壁之间存在间隙；所述透明水袋(3)为透明薄膜袋；所述透明水袋(3)的内腔平均分隔成数个透明分仓(301)；所述透明分仓(301)中充填有水；每个透明分仓(301)均连接有一条透明软管(4)；所述透明软管(4)的一端连接透明水袋，另一端伸出孔洞(101)作为出水口；所述出水口处具有控制水流出速度的阀门(9)；

所述模型箱外设置有一台工业相机(4)和一台激光发射器(6)；工业相机(4)布置在孔洞(101)对侧；所述激光发射器(6)布置在孔洞(101)的临侧；

工作时，所述激光发射器(6)发射激光，在透明土内形成一个透明土散斑场；所述透明分仓(301)中的水依次排出模拟煤层开采；所述工业相机记录透明土散斑场变化。

2.根据权利要求1所述的一种模拟煤层开采引起地层沉降的透明土模型试验装置，其特征在于：所述透明模型箱(1)采用透明亚克力板制成。

3.根据权利要求1所述的一种模拟煤层开采引起地层沉降的透明土模型试验装置，其特征在于：所述工业相机和激光发射器固定在支架上；所述支架高度和角度可调节；所述光学平台上设置有预留螺孔；所述支架采用预留螺孔固定在光学平台上。

4.一种采用权利要求1所述试验装置的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)按设计尺寸制作透明模型箱、透明水袋和水管；制作完成后擦洗透明模型箱侧壁；

2)在透明模型箱内配置透明土至一排孔洞的高度，随后放置装满水的透明水袋，将连接水袋的水管从孔洞引出，继续在水袋上配置透明土至设计高度；配制完成后静置24小时；

3)布置并调整工业相机和激光发射器；

4)依次调节透明水袋分仓的出水管阀门，使其均速缓慢出水；第i个分仓中的水完全流出后，待透明土散斑场稳定，使用工业相机进行拍摄；调整激光发射器的水平位置和高度，获得第i个分仓排水后不同位置处的透明土切面图像；直至透明水袋内每个分仓的水全部排出；

5)保存图片，关闭激光发射器，整理实验器材；

6)使用PIV技术处理试验图像，得到透明水袋四周尤其上覆透明土各切面的位移矢量。