发明专利技术提供一种模拟煤层开采引起地层沉降的透明土模型试验装置及其试验方法。该透明土模型试验装置包括可固定在光学平台上的透明模型箱，以及透明水袋和透明软管。所述透明模型箱的一侧周壁上具有一排孔洞。所述透明水袋分隔成数个透明矩形小仓。所述模型箱外设置有一台工业相机和一台激光发射器。工业相机布置在模型箱孔洞对侧。所述激光发射器布置在模型箱的孔洞的临侧。该装置实现上覆土体变形的可视化测量，可对煤层开采过程中上覆土体位移场发展变化进行非插入式量测。试验装置尺寸小，系统设置合理，试验操作方便。试验操作方便。试验操作方便。
【技术实现步骤摘要】
一种模拟煤层开采引起地层沉降的透明土模型试验装置及其试验方法
[0001]本专利技术涉及岩土工程可视化试验
，特别涉及一种模拟煤层开采引起地层沉降的透明土模型试验装置及其试验方法。
技术介绍
[0002]在我国因为开采煤炭引起的地面塌陷灾害十分严重。随着社会的不断发展，“绿色开采”是未来煤矿必然的发展趋势。因此，研究地下开采引起的岩层变形，移动和破坏等力学行为发展演变规律和预测方法是非常有必要的。从而为合理安全地开采地下煤炭资源提供科学依据，有利于减少、控制地下开采造成的灾害和损失，具有十分重要的理论意义和工程应用价值。
[0003]煤层开采诱发地层沉降的传统分析方法包括理论分析研究、现场实测研究、模型试验研究、数值模拟研究等。理论解析在上覆岩层的岩性差别较大情况下，特别是在有厚硬岩层、冲积层、地质构造情况下，预计覆岩的移动和变形与实际情况有一定差别。现场实测法通常需要在研究区钻孔，成本高、投入大，针对同一地质条件不具有可重复观测性，不同矿区不同工作面“两带”的发育高度不同，因此现场实测无法直观地探测到上覆岩层力学行为演变规律。传统的模型试验多集中于二维的地下开采引起的地层沉降研究，且目前的模型试验一般都需要在岩土体内部埋设一定数量的传感器或标记物来监测开采诱发的上覆岩体变形，而传感器的嵌入会影响开采诱发的上覆岩体变形，从而影响试验的精度。数值模拟方法在岩土体本构模型的确定及相应的参数确定上仍存在一定不足，存在计算参数难以通过常规试验取得而仅靠经验取值的问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种模拟煤层开采引起地层沉降的透明土模型试验装置及其试验方法，以解决现有技术中存在的问题。
[0005]为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种模拟煤层开采引起地层沉降的透明土模型试验装置，包括固定在光学平台上的透明模型箱，以及透明水袋和透明软管。
[0006]所述透明模型箱整体为一个矩形箱体。这个矩形箱体的一侧周壁上设置有一排供透明软管穿过的孔洞。所述孔洞间隔布置。各个孔洞中心点的连线呈现为倾斜的线段。所述透明模型箱内填筑有透明土。
[0007]所述透明水袋倾斜埋设在透明土中。所述透明水袋与透明模型箱的内壁之间存在间隙。所述透明水袋为透明薄膜袋。所述透明水袋的内腔平均分隔成数个透明分仓。所述透明分仓中充填有水。每个透明分仓均连接有一条透明软管。所述透明软管的一端连接透明水袋，另一端伸出孔洞作为出水口。所述出水口处具有控制水流出速度的阀门。
[0008]所述模型箱外设置有一台工业相机和一台激光发射器。工业相机布置在孔洞对侧。所述激光发射器布置在孔洞的临侧。
[0009]工作时，所述激光发射器发射激光，在透明土内形成一个透明土散斑场。所述透明分仓中的水依次排出模拟煤层开采。所述工业相机记录透明土散斑场变化。
[0010]进一步，所述透明模型箱采用透明亚克力板制成。
[0011]进一步，所述工业相机和激光发射器固定在支架上。所述支架高度和角度可调节。所述光学平台上设置有预留螺孔。所述支架采用预留螺孔固定在光学平台上。
[0012]本专利技术还提供一种采用上述试验装置的试验方法，包括以下步骤：
[0013]1)按设计尺寸制作透明模型箱、透明水袋和水管。制作完成后擦洗透明模型箱侧壁。
[0014]2)在透明模型箱内配置透明土至一排孔洞的高度，随后放置装满水的透明水袋，将连接水袋的水管从孔洞引出，继续在水袋上配置透明土至设计高度。配制完成后静置24小时。
[0015]3)布置并调整工业相机和激光发射器。
[0016]4)依次调节透明水袋分仓的出水管阀门，使其均速缓慢出水。第i个分仓中的水完全流出后，待透明土散斑场稳定，使用工业相机进行拍摄。调整激光发射器的水平位置和高度，获得第i个分仓排水后不同位置处的透明土切面图像。直至透明水袋内每个分仓的水全部排出。
[0017]5)保存图片，关闭激光发射器，整理实验器材。
[0018]6)使用PIV技术处理试验图像，得到透明水袋四周尤其上覆透明土各切面的位移矢量。
[0019]本专利技术的技术效果是毋庸置疑的：
[0020]A.实现上覆土体变形的可视化测量，可对煤层开采过程中上覆土体位移场发展变化进行非插入式量测；
[0021]B.可通过多切面土体位移场测量，得到上覆土体变形真实的三维位移场；
[0022]C.可研究开采设计变量如煤层倾角，采深采厚比，工作面宽度，工作面推进速度(通过控制放水流速来模拟不同的工作面推进速度) 等因素对上覆土层沉降的影响，为煤层开采诱发地层沉降预测预报等实际工程问题提供科学依据；
[0023]D.试验装置尺寸小，系统设置合理，试验操作方便。
附图说明
[0024]图1为试验装置结构示意图。
[0025]图2为条形水袋铺设效果图。
[0026]图3为模型箱前面板图。
[0027]图中：透明模型箱1、孔洞101、透明土2、透明水袋3、透明分仓301、透明软管4、工业相机5、激光发射器6、光学平台7、模型箱支架8、水阀9。
具体实施方式
[0028]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不应该理解为本专利技术上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本专利技术上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的保护范围内。
[0029]实施例1：
[0030]参见图1，本实施例提供一种模拟煤层开采引起地层沉降的透明土模型试验装置，包括固定在光学平台7上的透明模型箱1，以及透明水袋3和透明软管4。
[0031]所述透明模型箱1整体为一个矩形箱体。所述透明模型箱1采用透明亚克力板制成。这个矩形箱体的一侧周壁上设置有一排供透明软管4穿过的孔洞101。所述孔洞101间隔布置。各个孔洞101 中心点的连线呈现为倾斜的线段。所述透明模型箱1内填筑有透明土2。
[0032]所述透明水袋3倾斜埋设在透明土2中。所述透明水袋3与透明模型箱1的内壁之间存在间隙。所述透明水袋3为透明薄膜袋。所述透明水袋3的内腔平均分隔成数个透明分仓301。所述透明分仓 301中充填有水。每个透明分仓301均连接有一条透明软管4。所述透明软管4的一端连接透明水袋，另一端伸出孔洞101作为出水口。所述出水口处具有控制水流出速度的阀门9。
[0033]所述模型箱外设置有一台工业相机4和一台激光发射器6。工业相机4布置在孔洞101对侧。所述激光发射器6布置在孔洞101的临侧。所述工业相机4和激光发射器6固定在支架上。所述支架的高度和角度可调节。所述光学平台7上设置有预留螺孔。所述支架采用预留螺孔固定在光学平台7上。
[0034]工作时，所述激光发射器6发射激光，在透明土内形成一个透明土散斑场。所述透明分仓301中的水依次排出模拟煤层开采。所述工业相机记录透明土散斑场变化。
[0035]本实施例中，透明水袋3按照一定角度埋设，以模本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模拟煤层开采引起地层沉降的透明土模型试验装置，其特征在于：包括固定在光学平台(7)上的透明模型箱(1)，以及透明水袋(3)和透明软管(4)；所述透明模型箱(1)整体为一个矩形箱体；这个矩形箱体的一侧周壁上设置有一排供透明软管(4)穿过的孔洞(101)；所述孔洞(101)间隔布置；各个孔洞(101)中心点的连线呈现为倾斜的线段；所述透明模型箱(1)内填筑有透明土(2)；所述透明水袋(3)倾斜埋设在透明土(2)中；所述透明水袋(3)与透明模型箱(1)的内壁之间存在间隙；所述透明水袋(3)为透明薄膜袋；所述透明水袋(3)的内腔平均分隔成数个透明分仓(301)；所述透明分仓(301)中充填有水；每个透明分仓(301)均连接有一条透明软管(4)；所述透明软管(4)的一端连接透明水袋，另一端伸出孔洞(101)作为出水口；所述出水口处具有控制水流出速度的阀门(9)；所述模型箱外设置有一台工业相机(4)和一台激光发射器(6)；工业相机(4)布置在孔洞(101)对侧；所述激光发射器(6)布置在孔洞(101)的临侧；工作时，所述激光发射器(6)发射激光，在透明土内形成一个透明土散斑场；所述透明分仓(301)中的水依次排出模拟煤层开采；所述工业相机记录透明土散斑场变化...
【专利技术属性】
技术研发人员：仉文岗，韩馥柽，张艳梅，曾志凯，向蓉，孙伟鑫，叶文煜，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。