[发明专利]一种模拟岩溶陷落柱演化过程的试验装置

说明书

技术领域：

本发明为一种通过模拟岩溶陷落柱演化过程探究其形成机理的实验装置，属于岩溶地下水动力学研究领域。

背景技术：

岩溶陷落柱常发育于奥陶系-寒武系古岩溶内，后穿过石炭系、二叠系地层，的陷落充填体或含水体，属于古岩溶范畴。岩溶陷落柱的形成演化过程是决定其空间分布的关键因素，研究其形成机理对准确预测其分布规律，解决目前矿山突水致灾的重要前提。为此结合我国岩溶陷落柱发育的地质条件、物质基础以及水文条件，设计发明一种装置模拟岩溶陷落柱的形成条件及其演化过程，对矿山岩溶水害的防治具有十分重要的意义。

发明内容：

本发明的目的是提供一种模拟岩溶陷落柱演化过程的试验装置，结构设置合理，直观模拟再现陷落柱的演化过程以及岩溶塌陷的控制因素。

实现上述发明的所采用的技术方案为：一种模拟岩溶陷落柱演化过程的试验装置，其特征在于：该装置包括边界水头控制系统、陷落柱模拟演化系统和地下水流装置观测系统三部分组成；边界水头控制系统主要由控制水位的溢流槽、供水管、回水管、进水管、止水阀装置组成；陷落柱模拟演化系统主要由装有相似模拟材料的长方体箱体，连接箱体左右两侧的水槽，连接长方型箱体底部的真空泵三部分组成；地下水流装置观测系统由压力传感器和采集箱连接电脑组成；各部分连接主要为左端边界水头控制系统通过进水管与陷落柱演化模拟系统中的水槽相连，箱体底部由橡胶管连接真空泵，右端的地下水流装置观测系统的压力传感器通过布置在箱体前方的观测孔埋设在相似模拟材料中。

所述的溢流槽内部用挡板隔开两个区域，作为控制水头边界。

所述的箱体内部由隔板分上下两层，隔板位于箱体下部四分之一位置处，隔板带有均匀的小孔，且缠有铁丝网，隔板沿箱体观侧面开有长方形的槽口,长方形的槽口不缠铁丝网。

所述的装有模拟材料的箱体由有机玻璃制成，连接箱体两边的水槽内壁上分布有均匀的小孔，内壁缠有铁纱网，方便水流流入和流出，防止箱体内的相似模拟材料流出，箱体右边的水槽在隔板以下的位置并开有可打开的通道口，使得隔板上长方形槽口下来的相似模拟材料可通过通道口流出。

所述的相似模拟材料在箱体隔板下部铺设的为工业食盐，上部为砂粒再按一定比例加入混合料(碳酸钙、石膏、水、石蜡)获得的砂样相似模拟材料，该材料与研究区的基岩具有相似的力学性质和渗透性能。

本发明一种模拟岩溶陷落柱演化过程的试验装置的有益效果如下：

本试验装置属于探究岩溶塌陷形成机理的试验装置，相较于同类模拟装置，可以综合分析潜蚀致塌模式和真空吸蚀致塌模式对岩溶塌陷的影响。因考虑的因素较为综合和全面，可以更全面的再现岩溶塌陷的时空演化规律。

附图说明：

图1为本发明一种模拟岩溶陷落柱演化过程的试验装置立体结构图。

图2为本发明一种模拟岩溶陷落柱演化过程的试验装置中陷落柱演化模拟系统中箱体的隔板立体结构图。

图中：1-滑轮组；2-溢流槽；3-供水管；4-进水管；5-回水管；6-水箱；7-止水阀；8-水槽；9-密封板；10-箱体；11-安有压力传感器的观测孔；12-隔板；13-长方形槽口；14-橡胶管；15-真空泵；16-铁质支架；17-排水管；18-采集箱；19-电脑

具体实施方式：

为使本发明的发明目的和优点更加清楚，下面结合附图与具体实施步骤对本发明进行详细说明：

一种模拟岩溶陷落柱演化过程的实验装置,包括边界水头控制系统、陷落柱模拟演化系统和地下水流装置观测系统三部分组成；所述的边界水头控制系统主要由控制水位升降的的滑轮组1和溢流槽2、供水管3、进水管4、回水管5、水箱6以及止水阀7组成；所述的陷落柱模拟演化系统主要由连接边界水头控制系统的水槽8、密封板9、装有相似模拟材料的箱体10(箱体上开有连接压力传感器的观测孔11，箱体内有分层的隔板12，隔板上开有均匀的小孔和长方形槽口13)、用橡胶管14连接长方形槽的真空泵15这三部分组成；所述的地下水流装置观测系统由压力传感器和采集箱18连接电脑19组成；各部分连接主要为左端边界水头控制系统的进水管4连接陷落柱演化模拟系统的水槽8，陷落柱模拟演化系统中的真空泵15通过橡胶管14连接隔板上的长方形槽口13，右端的地下水流装置观测系统通过采集箱18连接陷落柱模拟演化系统中箱体内压力传感器。

本发明实验装置具体实施如下所示：