[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

说明书

本发明公开了一种模拟采空区地表土体产生拉张裂隙的试验装置及方法。其装置涉及一种物理模拟试验装置。装置包括支架及部位举升移动系统，所述支架具体为顶面缺失的长方体状空腔结构，所述支架内设有多个平行且按支架水平延伸方向顺序排列的凹型装样盒，相邻装样盒底端无竖直壁的边缘之间通过转轴铰接，所有装样盒连接后构成顶面和与支架水平延伸方向垂直的两竖直面缺失的长方体状空腔结构的装样集盒，每个装样盒正下方的支架内均设置有一个可带动其进行上下往复运动的举升系统。同时本发明提供了一种利用上述装置进行采矿区地表拉张裂隙形成过程的模拟方法；本发明可有效模拟采空区地表土体产生拉张裂隙的发育及演变过程。

技术领域

本发明涉及一种试验装置，具体涉及一种对采空区塌陷后地表产生拉张裂隙进行的模拟试验装置。

背景技术

随着我国地下各种矿产资源的持续开采，导致上覆岩体冒落、地面沉陷，形成沉陷坡地，并在地表产生大量拉张裂隙，由拉张裂隙所引起的水土流失、建筑物损坏等地质环境问题越来越受到人们的关注。但由于受到多种因素影响，拉张裂隙的发育过程及规律在现场很难被观察、量测，尤其是拉裂过程对土体内部植物根系损伤程度难以观察。故通过室内拉张裂隙模拟装置，对不同类型的土样进行模拟测试，从而直观地对拉张裂隙的发育过程及特征进行观测、记录，并对拉张裂隙对植被根系损伤过程及形式、程度进行直观观察，是非常需要的。

地表土体环境对拉张裂隙的发育有较大影响。当平原或丘陵地带，地表均有一定厚度表土层分布，地表下沉表现为程度不同的拉伸变形。在干旱半干旱地区，或在其它地区的非雨季节，土体因水分含量较低而表现为强度高、易断裂为主的脆性变形；而在雨季，土体可能因水分含量高而表现为塑性变形。

分布在土体中的植物根系在土体变形过程中提供的摩擦力，产成了锚固作用和加筋作用，对土体开裂变形有着阻滞作用。反之，土体的拉裂变形又对植被根系产生一定的损伤、破坏，了解植物根系在拉裂过程中的损伤形式及程度对植被生长具有非常重要的意义。

本发明公开的拉张裂隙模拟装置，通过装入不同含水率、不同类型及含有不同植物根系替代物的土样，通过改变拉张应力环境，可直观观察土样拉张裂隙发育过程、规律及对植被根系损伤的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种模拟采空区地表土体产生拉张裂隙的试验装置及方法，以解决现有技术中无法有效模拟采空区塌陷后地表土体拉张裂隙影响难以判断等技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种模拟采空区地表土体产生拉张裂隙的试验装置，包括支架，所述支架具体为顶面缺失的长方体状空腔结构，所述支架内设有多个水平平行设置的内部腔体连通的凹型装样盒，相邻装样盒临近底端之间通过转轴铰接，每个装样盒正下方的支架内均设置有一个可带动其进行上下往复运动的举升装置，每个转轴的两端分别穿过与其临近的支架侧壁设置在支架外侧。

进一步，所述装样盒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。

进一步，还设置有两个挡板，所有的装样盒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为一体结构。

进一步，所述装样集盒内腔的底部填充有由土样和植物根系构成的土体。

进一步，所述支架、水平板、竖直板和挡板均由透明塑料制成。

进一步，当装样盒被对应的举升装置举升至最高点时，该装样盒底端水平标高低于支架顶端的水平标高。

本发明还提供一种利用上述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，该方法包括以下步骤：