[发明专利]隧道地质探测试验装置及方法

说明书

本发明公开了隧道地质探测试验装置及方法，试验装置包括隧道地质探测模型、压力控制系统、水源控制系统、中央控制系统，隧道地质探测模型包括依次连接的隧道模型模块、隧道围岩模块、灾源体模块，隧道模型模块包括第一围岩和隧道模型，隧道模型内安装有震源模块，灾源体模块包括第二围岩和灾源体模型；压力控制系统包围隧道地质探测模型的四周布置，压力控制系统包括压力板和压力施加装置，压力施加装置通过压力板向隧道地质探测模型施加压力；水源控制系统包括储水箱和水流控制器，储水箱与灾源体模块通过水管连接；中央控制系统与压力控制系统电性连接，中央控制系统与水源控制系统电性连接。

技术领域

本发明涉及地质探测技术领域，特别涉及隧道地质探测试验装置及方法。

背景技术

隧道地质探测是隧道施工中必不可少的环节，对隧道信息化施工、灾害防治和安全保障具有重要作用。目前，隧道地质探测己发展出了地震波法、直流电法、电磁法以及激发极化法等多种地球物理探测方法。其中，地震波法是基于地层介质的弹性差异，对断层、破碎岩体、溶洞等大中型致灾构造具有较敏感的响应，可有效揭示掌子面前方100m范围内不良地质体的空间位置与形态。该方法因其探测距离较远，准确率较高，已成为目前发展较成熟、应用较广泛的物探类超前地质预报方法之一。

由于物理场解译的复杂性以及地质构造的变化等，使得隧道不良地质探测及预报的机理研究起来极其复杂。现有的隧道地质探测多针对单一地质构造进行模拟实验，如含水构造，而实际隧道工程中面临的地质环境更为复杂，往往面临多种灾源，现有的隧道地质探测模型无法满足复杂地质的模拟。此外，现有的隧道地质探测模型中，采用爆破的方式模拟产生地震波用于地质探测，效果欠佳且试验存在风险。

发明内容

为解决上述技术问题中的至少之一，本发明提供隧道地质探测试验装置及方法，所采用的技术方案如下。

本发明所提供的隧道地质探测试验装置包括隧道地质探测模型、压力控制系统、水源控制系统、中央控制系统，所述隧道地质探测模型包括依次连接的隧道模型模块、隧道围岩模块、灾源体模块，所述隧道模型模块包括第一围岩和包裹在所述第一围岩内的隧道模型，所述隧道模型内安装有震源模块，所述灾源体模块包括第二围岩和包裹在所述第二围岩内的灾源体模型；所述压力控制系统包围所述隧道地质探测模型的四周布置，所述压力控制系统包括压力板和压力施加装置，所述压力施加装置通过所述压力板向所述隧道地质探测模型施加压力；所述水源控制系统包括储水箱和水流控制器，所述储水箱与所述灾源体模块通过水管连接；所述中央控制系统与所述压力控制系统电性连接，所述中央控制系统与所述水源控制系统电性连接。

本发明的某些实施例中，所述隧道围岩模块、所述第一围岩、所述第二围岩采用相似材料制作，所述相似材料由下列组分按如下质量份拌和而成：

砂 12份

水泥 1份

水 1.5份

其中，砂为标准砂，水泥为火山灰质硅酸盐水泥，用作胶结剂，整个相似材料压实度控制在0.85以上，所述相似材料的波速为2500～3000m/s，所述相似材料的热导率为2.2～2.5W/(m·K)，比热容为0.7～0.8kJ/(Kg·℃)，热扩散系数为1.0～1.5mm²/s。

本发明的某些实施例中，所述压力控制系统包括应力传感器，所述应力传感器贴设在所述压力板与所述隧道地质探测模型接触的一侧，所述应力传感器用于实时量测所述压力板对所述隧道地质探测模型施加的压力大小。

本发明的某些实施例中，所述压力控制系统包括导向装置，所述导向装置与所述压力施加装置对应布置，所述导向装置用于限制所述压力施加装置的施压方向。

本发明的某些实施例中，所述压力板与所述隧道地质探测模型相近的一侧开设有若干纵横交错的凹槽。