[发明专利]用于模拟岩溶塌陷的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水文地质学实验装置，具体而言，涉及一种用于模拟岩溶塌陷的实验装置。

背景技术

岩溶塌陷是岩溶地区，特别是隐伏岩溶地区的一种地质灾害。我国是世界上岩溶塌陷发生最广泛、受害严重的国家之一。岩溶塌陷给城市建设、交通运输、矿山开采、农田水利、生态环境及人民生活等都带来了严重的危害，因此对岩溶地区形成岩溶塌陷的影响因素、形成条件、盖层稳定性等的系统研究具有重要的意义和巨大的价值。

岩溶塌陷至少要具备三个条件：岩溶洞穴和洞隙、一定厚度的覆盖层、动力条件。

为了能够对岩溶塌陷进行直观的研究，可以对岩溶塌陷的过程进行模拟，现有的模拟装置，如中国专利CN105810075公开的抽水触发岩溶塌陷过程实验装置，通常包括模拟箱体、进水装置和排水装置，其以水动力作为岩溶坍塌的动力条件，在模拟箱内建立模拟岩溶洞隙，并在洞隙上方设置覆盖层，然后通过对模拟箱内水量的控制，模拟岩溶地区水流流动与水位变化，进而实现岩溶坍塌的模拟和研究。

但是，现有的模拟装置在模拟水位变化时，主要是通过人工控制进水量和出水量的方法实现的，因为水位变化是反复的，模拟这些重复的变化过程会很麻烦；另外，在模拟完成后，覆盖层的泥土与水的混合物散布在模拟箱中，需要人工打开装置进行清理，清理后的混合物还需要单独处置，十分不方便，为此部分现有的模拟装置通过设置排泥管道来排出泥土，但是泥土很容易堵塞管道的入口，影响清理效果。

发明内容

本发明意在提供一种用于模拟岩溶塌陷的实验装置，能够使水位自动以一稳定的频率变化，避免在模拟过程中人来手动重复操作，减轻实验人员的工作强度。

为了解决上述技术问题，本专利提供如下基础技术方案：

一种用于模拟岩溶塌陷的实验装置，包括模拟箱，模拟箱内设置有模拟岩溶，模拟岩溶内设有岩溶洞穴和岩溶洞隙，模拟岩溶上设有覆盖层，模拟箱设有与岩溶洞穴连通的进水管和出水管，还包括：

进水箱，进水箱通过模拟箱的进水管与模拟箱连通，进水箱内设有依次连接的水力转轮、偏心轮、推杆以及推板，进水箱顶部设有供水进入的开口，所述开口与水力转轮位置对应，所述水力转轮能够在水流的推动下转动并能够通过带动偏心轮使推板水平往复运动；

排水箱，排水箱位于模拟箱下方，通过模拟箱的出水管与模拟箱连通，出水管上设有阀门，排水箱内设有内筒，内筒底部与排水箱底部之间通过弹簧连接，内筒底部设有用来连接下水道的排泥管，排水箱底部设有供排泥管穿过的通孔，内筒侧壁设有竖直的齿条，排水箱顶部设有与齿条啮合的齿轮，排水箱顶部还设有与齿轮动力连接的疏通装置，所述齿轮转动时能够驱动疏通装置疏通排泥管入口。

本发明技术方案中，水力转轮用来将水流的动能和势能转化为机械能，偏心轮用来带动推杆和推板往复运动，推板通过往复运动实现岩溶洞穴中水位的调节，进水箱整体用来为模拟箱的岩溶洞穴提供水源，并控制岩溶洞穴内水位自动变化；阀门用来控制模拟箱的出水量，进而控制岩溶洞穴中水的总量；内筒用来盛装模拟箱排出的水和泥土，弹簧用来固定支撑内筒，同时保证内筒能够在重量增加时下降，在重量减轻时上升，齿条通过跟随内筒上下位移使齿轮发生转动，疏通装置用来疏通内筒排泥管入口。

本发明技术方案使用时，首先调节模拟箱出水管阀门使模拟箱岩溶洞穴中存有一定量的水，然后控制阀门使模拟箱出水速度和进水箱进水速度相同，使进水箱和岩溶洞穴中的水的总量保持不变，水流从进水箱开口进入并与水力转轮碰撞，使水力转轮旋转，水力转轮通过偏心轮带动推板往复运动，使推板推动水流，由于进水箱和岩溶洞穴中的水的总量保持不变，往复的推动会使岩溶洞穴中的水位发生变化，水位变化的幅值取决于进水箱和岩溶洞穴中的水的总量，进而实现了岩溶洞穴中的水位的自动变化，控制进水速度恒定，岩溶洞穴的水位便会以一稳定的频率变化，通过设置进水箱进水流量和阀门的出水流量，可以对水力转轮的受力进行控制，进而控制转轮的转速，从而控制推板的往复频率，实现对岩溶在不同水位变化频率下的状态的模拟；当模拟完成后需要清理装置时，加大进水量，然后完全打开模拟箱出水管阀门，水和泥土混合物流入排水箱的内筒中，然后从排泥管到流出进入下水道中，当在排泥管的入口发生堵塞时，内筒内会积累越来越多的水和泥土，内筒的重量就会增加，内筒和箱体之间的弹簧就会压缩，内筒便会产生向下的位移，进而带动齿条移动，齿条又会带动齿轮旋转，然后齿轮带动疏通装置工作，实现对排泥管入口的疏通。