[发明专利]一种监测岩溶介质水流运动机理的立方体试验装置及其实验方法

权利要求书

1.一种监测岩溶介质水流运动机理的立方体试验装置，其特征在于：包括:

补给系统,用以模拟自然界的不同的降雨补给，包括补给水箱、补给管道以及底板，其中，补给水箱的侧壁上设有补给口，补给口与补给管道连接，补给水箱的底部可拆卸地连接所述底板，底板上开孔；

立方体岩溶介质物理模型，设置于补给系统的下方，尺寸与上部的补给水箱相同，包括：透明立方体框架、以及设置于透明立方体框架内部的透明块体组合，其中，所述透明块体组合包括多层，每一层均包括若干块透明空心块体，若干块透明空心块体之间两两相隔布置，相互间可在横、纵两个方向以毫米为单位进行移动，以形成位于透明立方体框架四个角处的纵向管道以及位于透明立方体框架内部的裂隙网络；所述透明立方体框架的上端比透明块体组合的最上层要高，以使补给水箱和所述立方体岩溶介质物理模型组合后，补给水箱的底板与透明块体组合的最上层之间留有一储水层；

每个所述纵向管道的管壁上沿管道轴线方向均布若干圆孔，圆孔表面覆盖有隔水透气膜；

一隔板，设置于透明立方体框架内位于透明组合块体的底部，所述隔板将立方体岩溶介质物理模型分隔为上、下两层，其中上层与裂隙网络相连通，下层与纵向管道相连通，透明立方体框架位于上层的侧壁上设有与裂隙网络出水口相连通的第一泉口；透明立方体框架位于下层的侧壁上设有与纵向管道相连通的第二泉口，第一泉口和第二泉口上均连接有流量计；

若干个压力传感器，分布在立方体岩溶介质物理模型裂隙网络中不同高度和不同位置处，用以测量立方体岩溶介质物理模型试验中裂隙网络不同高度和不同位置处实时的压力大小；

水头测量装置，通过玻璃管与立方体岩溶介质物理模型的底部相连，玻璃管侧壁刻有刻度，用于及时读出在立方体岩溶介质物理模型内水位稳定时立方体岩溶介质物理模型内部的水位；

数据采集系统，采集来自所述流量计检测的流量数据和压力传感器检测的压力数据，并将流量数据和压力数据进行存储；

视频图像采集系统，用于对模型内液体的运移过程进行全程拍摄。

2.根据权利要求1所述的监测岩溶介质水流运动机理的立方体试验装置，其特征在于：所述若干块透明空心块体具有若干不同尺寸。

3.根据权利要求1所述的监测岩溶介质水流运动机理的立方体试验装置，其特征在于：所述的视频图像采集系统包括位于立方体岩溶介质物理模型四周的四台高清摄像仪。

4.根据权利要求1所述的监测岩溶介质水流运动机理的立方体试验装置，其特征在于：所述第一泉口与流量计之间、第二泉口和流量计之间均连接有U型管，U型管的管壁上对称设有矩形孔，矩形孔表面覆盖隔水透气膜。

5.根据权利要求1所述的监测岩溶介质水流运动机理的立方体试验装置，其特征在于：所述透明立方体框架内位于透明块体组合的底部设有初始水利梯度添加装置，模拟地下暗河系统的排水过程。

6.一种基于权利要求1所述监测岩溶介质水流运动机理的立方体试验装置进行实验的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、打开水箱四周的阀门，当水箱内水头达到定值时对立方体岩溶介质物理模型进行定流量补给，补给方式、补给大小以及补给区域通过改变不同的底板实现，底板固定在底板卡槽中，水箱由水箱支架固定；

第二步、通过水头测量装置得到立方体岩溶介质物理模型内部试验过程中实时的水头数据；

通过若干压力传感器采集立方体岩溶介质物理模型内不同位置的初始水压力值和不同时间段时的实时水压力值；

通过流量计对第一泉口和第二泉口进行实时泉流量大小的测量；

试验过程中实时的水头数据、立方体岩溶介质物理模型内不同位置的初始水压力值和不同时间段时的实时水压力值、第一泉口和第二泉口实时泉流量大小的数值均通过数据线和数据采集系统连接；

第三步、在补给水箱中添加有色示踪剂，利用视频图像采集系统对有色溶液在模型内的运移过程进行全程拍摄；

第四步、试验结束后，通过大型鼓风机从立方体岩溶介质物理模型的上部进行鼓风，将立方体岩溶介质物理模型内残存溶液排放完全。