[发明专利]模拟采空区地表土体产生拉张裂隙的试验装置及方法

权利要求书

1.一种模拟采空区地表土体产生拉张裂隙的试验装置，装置包括支架(4)，其特征在于，所述支架(4)具体为顶面缺失的长方体状空腔结构，所述支架(4)内设有多个水平平行设置的内部腔体连通的凹型装样盒(1)，相邻装样盒(1)临近底端之间通过转轴(2)铰接，每个装样盒(1)正下方的支架(4)内均设置有一个可带动其进行上下往复运动的举升装置(3)，每个转轴(2)的两端分别穿过与其临近的支架(4)侧壁设置在支架外侧。

2.根据权利要求1所述的一种模拟采空区地表土体产生拉张裂隙的试验装置，其特征在于，所述装样盒(1)具体由一个水平板和两个竖直板构成的一体结构，两个竖直板关于水平板中心处对称设置在其两侧且底端分别与水平板连接构成凹型结构。

3.根据权利要求2所述的一种模拟采空区地表土体产生拉张裂隙的试验装置，其特征在于，还设置有两个挡板，所有的装样盒(1)构成一个顶面和两相对竖直面缺失的装样集盒，两个挡板分别固定安装在装样集盒中缺失的两竖直面的位置上，令装样集盒构成仅顶面缺失的长方体状空腔结构，且两挡板分别与对应的装样盒(1)为一体结构。

4.根据权利要求3所述的一种模拟采空区地表土体产生拉张裂隙的试验装置，其特征在于，所述装样集盒内腔的底部填充由土样和植物根系构成的土体(5)。

5.根据权利要求4所述的一种模拟采空区地表土体产生拉张裂隙的试验装置，其特征在于，所述支架(4)、水平板、竖直板和挡板均由透明塑料制成。

6.根据权利要求5所述的一种模拟采空区地表土体产生拉张裂隙的试验装置，其特征在于，当装样盒(1)被对应的举升装置(3)举升至最高点时，该装样盒(1)底端水平标高低于支架(4)顶端的水平标高。

7.一种利用权利要求6所述的试验装置模拟采空区地表土体产生拉张裂隙过程的模拟方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、将所有的装样盒(1)放入支架(4)内后通过转轴(2)连接起来构成装样集盒，且转轴(2)的两端均设在支架(4)的外侧；

步骤2、在装样集盒内腔底部填充土体(5)并等待土体(5)稳定；

步骤3、当需要模拟采空区地表土体塌陷产生拉张裂隙的发育情况时：

首先抽离所有的转轴(2)，然后操作装样集盒两端中任一端对应举升装置3进行缓慢下行，观察该端对应的装样盒(1)与和其临近装样盒(1)连接处土体(5)产生拉张裂隙的发育情况。

8.根据权利要求7所述的模拟方法，其特征在于，该方法还包括：

当需要模拟步进式塌陷区产生拉张裂隙的发育情况时：

首先抽离所有的转轴(2)，选取处于端部的两个举升装置(3)中任意一个为起始端，另一个为结束端，按照由起始端至结束端的方向，顺序操作所有的举升装置(3)令其分别下行至设定高度，相邻两个举升装置(3)中一个下行至设定高度后，在时间间隔T后另一个开始下行，每个举升装置(3)的初始高度、下行高度和下行用时均相同，观察整个过程中土体(5)产生拉张裂隙的发育情况。

9.根据权利要求8所述的模拟方法，其特征在于，该方法还包括：

当需要模拟采空区内存在支撑结构时地表塌陷区内拉张裂隙发育情况时：

任选一个处于非端部区域的转轴(2)为模拟支撑结构，抽离其余的转轴(2)，同步操作该转轴(2)两个的举升装置(3)进行下行，并下行至设定高度，观察整个过程中土体(5)产生拉张裂隙的发育情况。

10.根据权利要求9所述的模拟方法，其特征在于，该方法还包括：

当需要模拟非塌陷保护区域外围塌陷区域对产生拉张裂隙的影响情况时：

任选两个相邻的且处于非端部区域的转轴(2)，令二者之间的装样盒(1)为模拟保护区，抽离其余转轴(2)，操作模拟保护区两侧装样盒(1)对应的两个举升装置(3)，两个举升装置(3)同步或非同步下行，分别下行至设定高度，二者下行时长相同，同步下行时，对应观察模拟保护区两侧同步塌陷的拉张裂隙发育情况，非同步下行时，对应观察模拟保护区两侧非同步塌陷的拉张裂隙发育情况。