相似模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道系统及埋设方法

摘要

本发明涉及一种相似模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道系统，包括试验台架，试验台架内铺设有若干层相似材料，相似材料中开挖有隧道，相似材料中设置有无充填型溶洞或岩溶管道，无充填型溶洞或岩溶管道中有不透水树脂膜袋，不透水树脂膜袋通过进出水管与试验台架外部的水泵连接。同时本发明还公开了所述系统的埋设方法。本发明研究了模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道系统及埋设方法，解决了无充填型溶洞或岩溶管道的埋设和模拟问题。将无充填型溶洞或岩溶管道埋入模型试验相似材料中，与前人研究相比，与工程实践更接近，所得出的地质力学形似模型试验研究成果适用范围更广。

权利要求

1.一种相似模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道系统，包括试验台架，其特征在于：试验台架内铺设有若干层相似材料，相似材料中开挖有隧道，相似材料中设置有无充填型溶洞或岩溶管道，无充填型溶洞或岩溶管道中有不透水树脂膜袋，不透水树脂膜袋通过进出水管与试验台架外部的水泵连接。

2.根据权利要求1所述的相似模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道系统，其特征在于：所述试验台架为刚性透明台架。

3.一种相似模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道系统的埋设方法，其特征在于，包括以下步骤：A.铺设相似材料，将相似材料依据工程背景中岩土体强度在试验台架中分层铺设，且按实际岩土层倾角铺设；

B.埋入盐岩预制体，当相似材料铺设到无充填型溶洞或岩溶管道所在位置时，将最外层为密封的不透水树脂膜袋的由可溶盐岩预制而成预定形状的无充填型溶洞或岩溶管道埋入相似材料中，然后继续铺设上覆岩土相似材料层直至到达预定位置；

C.隧道的开挖，隧道所在位置先按正常岩土相似材料层铺设，在后期试验过程中开挖；

D.无充填型溶洞或岩溶管道的制备，后期通过水泵向不透水树脂膜袋内注水溶解可溶盐岩预制体，并抽出溶解后溶液，并产生负压，使不透水树脂膜袋与相似材料脱离，即形成无充填型溶洞或岩溶管道，保证在相似材料夯实过程中，不在无充填型溶洞或岩溶管道处产生塌方，溶液抽出后空洞内部仅存一个重量和体积可忽略树脂膜袋，不影响相似模型试验结论。

说明书

相似模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道系统及埋设方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种地质力学技术，尤其是一种相似模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道系统及埋设方法。

背景技术

[0002] 我国岩溶分布面积广，在岩溶地区修建地下隧道工程或开挖巷道，施工中极易诱导大规模、突发性的突水灾害。 我国学者开展了大量的模型试验研究工作，但也存在明显的弱点，在做地质力学相似模型试验的基本模型时，一般使用均一材料，简化的铺设岩土层。 实际工程中，受地质构造和溶蚀作用等因素影响，工程岩土体中往往存在着很多的不良地质体，如无充填型溶洞或岩溶管道。

发明内容

[0003] 本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单，模拟逼真，可用于模拟开挖或其他因素影响下的隧(巷)施工过程，采集塌方前兆信息，研究施工过程力学、塌方和围岩变形规律，有利于实际工程的安全施工与灾害预警的相似模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道系统及埋设方法。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

[0005] 一种相似模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道系统，包括试验台架，试验台架内铺设有若干层相似材料，相似材料中开挖有隧道，相似材料中设置有无充填型溶洞或岩溶管道，无充填型溶洞或岩溶管道中有不透水树脂膜袋，不透水树脂膜袋通过进出水管与试验台架外部的水泵连接。

[0006] 所述试验台架为刚性透明台架。

[0007] 一种相似模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道系统的埋设方法，包括以下步骤：

[0008] A.铺设相似材料，将相似材料依据工程背景中岩土体强度在试验台架中分层铺设，且可按实际岩土层倾角铺设；

[0009] B.埋入盐岩预制体，当相似材料铺设到无充填型溶洞或岩溶管道所在位置时，将最外层为密封的不透水树脂膜袋的由可溶盐岩预制而成预定形状的无充填型溶洞或岩溶管道埋入相似材料中，然后继续铺设上覆岩土相似材料层直至到达预定位置；

[0010] C.隧道的开挖，隧道所在位置先按正常岩土相似材料层铺设，在后期试验过程中开挖；

[0011] D.无充填型溶洞或岩溶管道的制备，后期通过水泵向不透水树脂膜袋内注水溶解可溶盐岩预制体，并抽出溶解后溶液，并产生负压，使不透水树脂膜袋与相似材料脱离，即可形成无充填型溶洞或岩溶管道，可保证在相似材料夯实过程中，不在无充填型溶洞或岩溶管道处产生塌方，溶液抽出后空洞内部仅存一个重量和体积可忽略树脂膜袋，不影响相似模型试验结论。

[0012] 本发明中的相似材料和不透水树脂膜袋均为现有东西，在此不再赘述。

[0013] 本发明按照实际工程中的无充填型溶洞或岩溶管道形状，通过相似比换算后，用可溶性好的盐岩预制无充填型溶洞或岩溶管道，并在外层包裹密封的不透水树脂膜袋；相似材料铺设时，将盐岩预制体和膜袋一起埋入实际工程中的无充填型溶洞或岩溶管道相应位置；材料铺设完毕后，注水溶解盐岩预制体，并抽出盐岩溶液，并产生负压，使树脂膜袋与相似材料脱离，从而成功构造了模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道。

[0014] 本发明研究了模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道系统及埋设方法，解决了无充填型溶洞或岩溶管道的埋设和模拟问题。 将无充填型溶洞或岩溶管道埋入模型试验相似材料中，与前人研究相比，与工程实践更接近，所得出的地质力学形似模型试验研究成果适用范围更广。

[0015] 本发明解决了模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道构造和埋设问题，具有以下优点：

[0016] 1、能成功的将无充填型溶洞或岩溶管道埋入相似模型；

[0017] 2、盐岩溶解后，抽出溶液，洞壁膜袋会与相似材料脱离，从而形成与实际工程中洞壁吻合的无充填型溶洞或岩溶管道；

[0018] 3、能保证相似材料成功铺设，材料铺设过程中，不至于在无充填型溶洞或岩溶管道处产生塌方，以致不能在相似模型中形成无充填型溶洞或岩溶管道。

[0019] 4、可以模拟开挖或其他因素影响下无充填型溶洞或岩溶管道施工过程力学反应和变形规律等。

附图说明

[0020] 图1是本发明结构示意图；

[0021] 其中1.相似材料顶面；2.进出水管；3.试验台架；4.隧(巷)道；5.相似材料；6.水泵，7.无充填型溶洞或岩溶管道。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0023] 图1中，一种相似模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道系统，包括试验台架3，试验台架3内铺设有若干层相似材料5，相似材料5中开挖有隧道4，相似材料5中设置有无充填型溶洞或岩溶管道7，无充填型溶洞或岩溶管道7中有不透水树脂膜袋，不透水树脂膜袋通过进出水管2与试验台架3外部的水泵6连接。

[0024] 所述试验台架3为刚性透明台架。

[0025] 一种相似模型试验中无充填型溶洞或岩溶管道系统的埋设方法，包括以下步骤：

[0026] A.铺设相似材料5，将相似材料5依据工程背景中岩土体强度在试验台架3中分层铺设，且可按实际岩土层倾角铺设；

[0027] B.埋入盐岩预制体，当相似材料5铺设到无充填型溶洞或岩溶管道7所在位置时，将最外层为密封的不透水树脂膜袋的由可溶盐岩预制而成预定形状的无充填型溶洞或岩溶管道7埋入相似材料中，然后继续铺设上覆岩土相似材料层直至到达预定相似材料顶面1位置；

[0028] C.隧道4的开挖，隧道4所在位置先按正常岩土相似材料层铺设，在后期试验过程中开挖；

[0029] D.无充填型溶洞或岩溶管道7的制备，后期通过水泵6向不透水树脂膜袋内注水溶解可溶盐岩预制体，并抽出溶解后溶液，并产生负压，使不透水树脂膜袋与相似材料5脱离，即可形成无充填型溶洞或岩溶管道7，可保证在相似材料5夯实过程中，不在无充填型溶洞或岩溶管道7处产生塌方，溶液抽出后空洞内部仅存一个重量和体积可忽略树脂膜袋，不影响相似模型试验结论。