[发明专利]一种模拟地层中采空区产生和处理的模型试验装置及方法

说明书

本公开公开的一种模拟地层中采空区产生和处理的模型试验装置及方法，包括试验箱和放置于试验箱内的土体，在土体内设置由石蜡和砂石材料混合凝固而成的采空区模拟体，采空区模拟体内设置加热元件，采空区模拟体分别与开采泵和注浆泵连通，土体内设置位移监测元件和应变监测元件，位移监测元件、应变检测元件均与数据处理中心连接。实现了对采空区产生和处理过程的模拟。

技术领域

本发明涉及采空区模拟技术领域，尤其涉及一种模拟地层中采空区产生和处理的模型试验装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

地下各种矿产资源经过开采后，在地下形成了大量大小不等、形状不规则的采空区，且很多采空区不能确定其空间分布位置。在工程建设过程中，容易发生采空区顶板崩塌失稳，地表塌陷，破坏地表土资源的不良后果，严重影响城市地下轨道交通建设。目前已有的勘探手段很难探查采空区的生产和治理规律，而物理模型试验在满足相似比尺的前提下，可以真实的反应地下采空区的沉降变形规律。但目前用于模拟采空区的模型试验装置，无法同时实现采空区的形成和治理模拟。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种模拟地层中采空区产生和处理的模型试验装置及方法，能够对采空区的形成和治理进行模拟。

为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，提出了一种模拟地层中采空区产生和处理的模型试验装置，包括试验箱和放置于试验箱内的土体，在土体内设置由石蜡和砂石材料混合凝固而成的采空区模拟体，采空区模拟体内设置加热元件，采空区模拟体分别与开采泵和注浆泵连通，土体内设置位移监测元件和应变监测元件，位移监测元件、应变检测元件均与数据处理中心连接。

第二方面，提出了一种模拟地层中采空区产生和处理的模型试验方法，包括：

通过加热元件为采空区模拟体加热；

采空区模拟体受热熔化后的石蜡液体经开采泵抽出，形成采空区；

经注浆泵向采空区中注入加固浆液，对采空区进行加固；

在土体中开挖隧洞；

通过位移监测元件和应变监测元件测量土体的沉降位移量和受力变形量。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

1、本发明通过在采空区模拟体内设置智能加热系统，并将采空区模拟体分别与开采泵和注浆泵连通，能够实现对采空区形成和加固的模拟。

2、本发明的试验箱采用透明材质，且在试验箱的每个侧面上设置测量网格，能够清晰直观的观测到土体的沉降过程。

3、本发明的采空区模拟体能够对任意形状的采空区进行模拟，满足实际采空区的模拟需求，提高本发明装置的适应性。

4、本发明填补了地下土层采空区产生和处理过程模拟的空白，真实模拟了采空区对隧洞建设的影响和后期加固处理过程。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为实施例1公开装置的整体结构示意图；

图2为实施例1公开的采空区模拟体制作示意图；

图3为实施例1公开的采空区试验模拟过程示意图。