[发明专利]网格剖分电阻率法超前探测三维模拟装置及方法

权利要求书

1.一种网格剖分电阻率法超前探测三维模拟装置，其特征是，它主要包括可扩展式三维模型架结构、边界接地网络、预制隧道腔体、电极扫描阵列、网格剖分含水构造、动水循环模拟装置，在可扩展式三维模型架结构内设有预制隧道腔体，在预制隧道腔体内设有电极扫描阵列，同时在可扩展式三维模型架结构前方还设有网格剖分含水构造，该网格剖分含水构造与动水循环模拟装置连接，可扩展式三维模型架结构外侧与边界接地网络连接；电极扫描阵列、网格剖分含水构造、动水循环模拟装置与主机连接。

2.如权利要求1所述的网格剖分电阻率法超前探测三维模拟装置，其特征是，所述可扩展式三维模型架结构采用槽钢和型钢作为框架，利用标准尺寸钢板拼装而成，型钢与槽钢之间通过角钢连接，槽钢之间通过拉杆连接，在可扩展式三维模型架结构一侧设置有半圆形缺口与预制隧道腔体相连接，整个可扩展式三维模型架结构表层均涂刷绝缘漆；相邻槽钢之间与边界接地网络引线连接。

3.如权利要求1或2所述的网格剖分电阻率法超前探测三维模拟装置，其特征是，所述边界接地网络采用边界接地导线的方式，设置在可扩展式三维模型架结构的高电阻率边界上，并分层引出导线，分层引出的导线分组接地；每层边界接地导线均布在两段可扩展式槽钢间。

4.如权利要求1所述的网格剖分电阻率法超前探测三维模拟装置，其特征是，所述预制隧道腔体模型由带有沟槽的多段矩形预制隧道腔体PVC板和多段拱形预制隧道腔体PVC板组成；在矩形预制隧道腔体PVC板的边墙、底板和掌子面上预留有电极扫描阵列布置孔；所述电极扫描阵列由铜电极和不极化电极以阵列的方式布置在电极扫描阵列布置孔上并与主机连接，电极扫描阵列布置采用二极法、三极法、四极法或层析成像。

5.如权利要求1所述的网格剖分电阻率法超前探测三维模拟装置，其特征是，所述网格剖分含水构造位于可扩展式三维模型架结构前方，是一个被若干尺寸相同、等间距排列的网格剖分的木制结构，其上部、下部、前部、后部、左部、右部六个边界均有相应尺寸的渗透性良好的木板做成，内部设置小尺寸的透水性良好的木质隔板，形成剖分网格，每个网格的尺寸相同；在每组相邻网格之间的交界面上设置电动刀式阀门，通过通讯控制网络与外部控制主机连接，控制阀门的“连通”和“关闭”状态；通过将含水构造内相邻网格的电动刀式阀门设置为“连通”状态，使得含水构造内的网格形成通路，而与含水构造之外的网格隔离。

6.如权利要求1所述的网格剖分电阻率法超前探测三维模拟装置，其特征是，所述动水循环模拟装置包括动水循环进水模拟装置与动水循环出水模拟装置，两部分均由主机控制并分别通过各自的管路与网格剖分含水构造连接；其中，动水循环进水模拟装置包括吹气加压装置、加压水箱与动水循环进水流量控制装置，通过吹气加压装置控制进水，并通过主机控制的动水循环进水流量控制装置控制进水流量；

动水循环出水模拟装置包括回水水箱与动水循环出流量控制装置，通过主机控制动水循环出流量控制装置进行出水控制；

加压水箱与回水水箱共用一个水箱体，中间由可开闭的隔板隔开，隔板的开闭由主机控制。

7.如权利要求6所述的网格剖分电阻率法超前探测三维模拟装置，其特征是，所述动水循环进水模拟装置的吹气加压装置包括调压气源，它通过管路与加压水箱连接，在管路上设有吹气阀，所述动水循环进水流量控制装置包括设置在加压水箱与网格剖分含水构造连接管路上的两通电磁阀、止回阀、调压阀以及流量计I，两通电磁阀、流量计与主机连接；

所述动水循环出水模拟装置的动水循环出流量控制装置包括设置在回水箱与网格剖分含水构造连接管路上的水泵、流量计II，两者均与主机连接。

8.一种使用如权利要求1-7任一所述的网格剖分电阻率法超前探测三维模拟装置的方法，其特征是，

A.按照实验方案，现场组装网格剖分电阻率法超前探测三维模拟装置；

B.在可扩展式三维模型架结构中按照现场情况，分层填入粘土，通过控制粘土含水率来控制各层的电阻率等参数，并通过压实强度控制孔隙率参数，由以上两点对现场隧道及坑道施工环境进行真实模拟；

C.待可扩展式三维模型架结构中填入的粘土到达预制隧道腔体高度后，放入预制隧道腔体，并布置电极扫描阵列，在预制隧道腔体底板上按照工作方式埋入铜电极和不极化电极，并用导线将电极扫描阵列引出，然后继续填粘土到预制隧道腔体上方的各层，直至填土面与可扩展式三维模型架结构顶部齐平；

D.实验时，首先通过主机控制电动刀式阀门的开闭情况，并依照现场实地情况，在网格剖分含水构造中模拟出所需要的水体形状；然后通过动水循环模拟装置控制水均匀的流入含水地质构造，待注入水量入渗稳定后，开始测量；然后重复步骤D，继续测量；如果进行动流量的含水构造实验时，则通过动水循环模拟装置控制网格剖分含水构造中一定流量的水流排出含水地质构造。