[发明专利]厚表土薄基岩开采地层沉陷规律平面模型试验装置及方法

权利要求书

1.一种厚表土薄基岩开采地层沉陷规律平面模型试验装置，其特征在于，

所述试验装置包括模型架、模拟地层、承压水袋、液压加载系统和数据监测系统，所述模型架用于容纳所述模拟地层；

所述模拟地层由上至下依次包括上部含水层、中部隔水层和底部含水层；

所述承压水袋包括底部承压水袋和顶部承压水袋，所述底部承压水袋位于所述底部含水层的底部，所述顶部承压水袋位于所述底部含水层的顶部；

所述液压加载系统包括油缸，所述油缸位于所述模拟地层的上方，所述油缸能够为所述模拟地层提供上覆等效压力；

所述数据监测系统包括第一光纤、第二光纤和数据采集器，所述第一光纤和所述第二光纤均设置在所述模拟地层内，所述第一光纤和第二光纤均与所述数据采集器通讯连接；

所述模拟地层内的土体均为实际地层的相似材料，所述上部含水层、所述中部隔水层和所述底部含水层内的所述相似材料由砂、石灰、石膏和水按照不同配置比制成；

所述顶部承压水袋设置有多个充水腔，多个所述充水腔均可独立放水卸压用以模拟底部含水层的疏水过程，多个所述充水腔均通过导管与加压装置连接以模拟承压水压力，所述加压装置对所述充水腔内的水所施加的压力值根据实际地层的应力相似比确定；应力相似比k为167～334；

所述顶部承压水袋的厚度为10cm～15cm；

所述数据监测系统还包括电阻应变片，所述电阻应变片与所述数据采集器连接；

在所述模拟地层内，所述电阻应变片由上至下布置有3～5排，每排均是横向布置，相邻的两排所述电阻应变片之间的垂直距离为300mm～600mm，每排内相邻的两个所述电阻应变片之间的距离为200mm～400mm；

所述电阻应变片为康铜丝应变片；

所有所述电阻应变片的中心位于一个竖向的平面内。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，

所述中部隔水层的相似材料按质量配置比为：砂∶石灰∶石膏＝6∶9∶1，水的质量为砂、石灰和石膏质量之和的10％；

所述上部含水层和所述底部含水层的相似材料按质量配置比为：砂∶石灰∶石膏＝5∶7∶3，水的质量为砂、石灰和石膏质量之和的10％；

所述模拟地层内的所述相似材料在所述模型架内由下至上分层铺设，每层所述相似材料的厚度为2cm～3cm，相邻的两层所述相似材料之间均铺设有云母粉。

3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，

所述模拟地层的长度与所述实际地层之间的几何相似比为1/(100～200)，密度相似比根据所述实际地层的密度与所述相似材料的密度比为1.67，时间相似比为10～14.14。

4.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，

所述底部承压水袋的厚度为3cm～5cm、长度为实际工作面推进距离×几何相似比×(1～1.5)。

5.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，

所述液压加载系统还包括液压控制器、反力架、第一钢板、多块第二钢板和多根约束螺杆；

多根所述约束螺杆设置在所述模型架的四周并固定于地面，每根所述约束螺杆的顶端均设置有螺母，所述反力架设置在所述模拟地层的上方，多根所述约束螺杆的顶端均穿过所述反力架并通过所述螺母进行固定；

所述第一钢板与所述反力架的下表面固定连接，多块所述第二钢板依次排列并覆盖所述模拟地层的上表面，多个所述油缸位于所述第一钢板和所述第二钢板之间；

所述油缸通过数据线与所述液压控制器连接；所述油缸的压力值为5t～8t。

6.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于，

所述第二钢板的长度为20cm～30cm、宽度为20cm～30cm、厚度为5cm～10mm，每块所述第二钢板上设置一个所述油缸。