一種用于巖溶塌陷試驗的水位波動控制裝置及巖溶塌陷試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于巖溶塌陷試驗的水位波動控制裝置及巖溶塌陷試驗裝置，巖溶塌陷試驗技術領域。
【背景技術】
[0002]巖溶塌陷試驗是一種通過反演巖溶塌陷形成過程開展巖溶塌陷相關研宄的有效方法。已有的研宄表明，水對巖溶塌陷形成具有重要影響，因此將試驗中影響巖溶塌陷的地下水波動作為重要控制因素。傳統(tǒng)的巖溶塌陷物理模型試驗采用水箱供水模擬地下水的流動，需要不斷對水箱進行注水，通過開啟與關閉進、出水口模擬地下水的波動情況，其不足之處在于:其一，通過進、出口的壓力表進行人工控制，難以實現(xiàn)高頻可變波幅的模擬效果；其二，水箱體積龐大，多為固定結(jié)構，難以升降水箱，可調(diào)節(jié)范圍小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種用于巖溶塌陷試驗的水位波動控制裝置，以及采用這種水位波動控制裝置的巖溶塌陷試驗裝置。采用本發(fā)明所述水位波動控制裝置可以實現(xiàn)巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置內(nèi)不同頻率及不同波幅的水位波動控制，滿足不同頻率及波動幅度的巖溶塌陷物理模型試驗。
[0004]本發(fā)明所述的用于巖溶塌陷試驗的水位波動控制裝置，包括向巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置供水的供水管，以及將巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置內(nèi)的水排出的排水管，其中:
[0005]所述的供水管上設置有變頻水泵、流量控制閥和壓力表；
[0006]所述排水管包括一排水主管和與該排水主管連通的兩根排水支管，在所述的排水管上設有調(diào)節(jié)巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置內(nèi)壓力的調(diào)節(jié)機構，該調(diào)節(jié)機構包括定時程序控制器、電磁換向閥和兩個溢流閥，所述兩個溢流閥分別設置于兩根排水支管上，所述的電磁換向閥設置于排水主管和兩根排水支管的連接處，所述的定時程序控制器與電磁換向閥連接。
[0007]上述水位波動控制裝置通過在供水管中設置變頻水泵和流量控制閥，對巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置內(nèi)進行穩(wěn)流供水，并在流量控制閥與巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置之間設置壓力表進行壓力波動監(jiān)測；在出水管上設置由定時程序控制器、電磁換向閥和兩個溢流閥組成的調(diào)節(jié)機構，通過定時程序控制器控制電磁換向閥實現(xiàn)連通不同排水支管的換向，再采用不同壓力臨界值的溢流閥組合，形成不同壓力差組合，模擬地下水不同波動幅度，以實現(xiàn)不同頻率和波幅的調(diào)節(jié)。
[0008]上述技術方案中，所述的壓力表優(yōu)選為數(shù)顯壓力表，供水管上變頻水泵、流量控制閥和壓力表的設置順序從供水管的入口端至出口端依次為變頻水泵、流量控制閥和壓力表。所述的電磁換向閥優(yōu)選為二位三通電磁換向閥；所述的兩個溢流閥為兩個具有不同溢流壓力的溢流閥，以實現(xiàn)兩根排水支管在不同的壓力臨界時溢流。選用的變頻水泵提供的最大流量最好是大于試驗設計的最大流量，選用的流量控制閥能提供的最大流量最好是大于試驗設計的最大流量。
[0009]上述技術方案中，也可以考慮將兩根排水支管的出口處再匯集成一條管道，將出水由該管道流出。
[0010]本發(fā)明還包括采用上述水位波動控制裝置的巖溶塌陷試驗裝置，該巖溶塌陷試驗裝置包括用于提供水源的水槽、巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置和水位波動控制裝置，所述的水位波動控制裝置包括向巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置供水的供水管、以及將巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置內(nèi)的水排出的排水管，其中:
[0011]所述的供水管上設置有變頻水泵、流量控制閥和壓力表；
[0012]所述排水管包括一排水主管和與該排水主管連通的兩根排水支管，在所述的排水管上設有調(diào)節(jié)巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置內(nèi)壓力的調(diào)節(jié)機構，該調(diào)節(jié)機構包括定時程序控制器、電磁換向閥和兩個溢流閥，所述兩個溢流閥分別設置于兩根排水支管上，所述的電磁換向閥設置于排水主管和兩根排水支管的連接處，所述的定時程序控制器與電磁換向閥連接。
[0013]上述巖溶塌陷試驗裝置的水位波動控制裝置中，所述的壓力表優(yōu)選為數(shù)顯壓力表，供水管上變頻水泵、流量控制閥和壓力表的設置順序從供水管的入口端至出口端依次為變頻水泵、流量控制閥和壓力表。所述的電磁換向優(yōu)選閥為二位三通電磁換向閥，所述的兩個溢流閥為兩個具有不同溢流壓力的溢流閥，以實現(xiàn)兩根排水支管在不同的壓力臨界時溢流。選用的變頻水泵提供的最大流量最好是大于試驗設計的最大流量，選用的流量控制閥能提供的最大流量最好是大于試驗設計的最大流量。
[0014]上述巖溶塌陷試驗裝置中，水槽的設置可以與現(xiàn)有技術相同。為了實現(xiàn)水的循環(huán)利用，優(yōu)選是將水槽設置于所述巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置的下方，并將水位波動控制裝置中的供水管的入口伸入水槽(最好是位于水槽的底部)，將水位波動控制裝置中的排水管的出口設置于水槽能夠承接其出水的范圍內(nèi)；這樣，排水管的出水直接送入水槽，實現(xiàn)水的循環(huán)利用。
[0015]上述巖溶塌陷試驗裝置中，所述的巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置可以與現(xiàn)有技術相同，優(yōu)選的結(jié)構如下:巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置包括下層箱體和置于其上的上層箱體，所述下層箱體和上層箱體之間通過至少一個巖溶開口實現(xiàn)兩者的連通；所述水位波動控制裝置中的供水管的出口與下層箱體連通，所述水位波動控制裝置中的排水管的入口與下層箱體連通。所述的下層箱體主要是用于盛裝由供水管中的來水，而上層箱體則是根據(jù)現(xiàn)實際巖土的結(jié)構用于巖土的模擬填裝及傳感器的布設。其中，所述下層箱體和上層箱體之間的巖溶開口就是可以實現(xiàn)下層箱體和上層箱體連通的開口，以一個巖溶開口為例，當下層箱體和上層箱體均為封閉式箱體結(jié)構時，可以在下層箱體的上表面上開設一個下開口，同時在上層箱體的底面上與下層箱體上的下開口位置對應處再開設一上開口，優(yōu)選上開口與下開口的形狀和大小相同；所述上開口與下開口共同組成所述的巖溶開口。當下層箱體和上層箱體均為其中一個面為敞口的敞口式箱體結(jié)構時，可以在當下層箱體和上層箱體之間放置一個開設有開口的隔板，該隔板上的開口即為所述的巖溶開口。當下層箱體和上層箱體中的一個是其中一個面為敞口的敞口式箱體結(jié)構，另一個為封閉式箱體結(jié)構時，可以在與下層箱體(也可能是上層箱體)敞口相接的上層箱體(或下層箱體)的面上開設一個開口，該開口即為所述的巖溶開口。所述巖溶開口的數(shù)量及大小根據(jù)模擬場景進行變換。
[0016]上述巖溶塌陷試驗裝置中，當巖溶塌陷后，為了將巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置的水及巖土排出，需要在下層箱體上還設置排泥管，還可以該排泥管上設置控制閥以控制排泥管的開、關狀態(tài)。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所述的水位波動控制裝置設計合理，結(jié)構簡單，通過變頻水泵和流量控制閥形成穩(wěn)定流量的輸入，通過定時程序控制器與電磁換向閥、兩個溢流閥按照一定頻率調(diào)節(jié)溶塌陷環(huán)境模擬裝置兩端的壓力差，進而實現(xiàn)巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置內(nèi)不同頻率及不同波幅的水位波動控制，滿足不同頻率及波動幅度的巖溶塌陷物理模型試驗。所述的巖溶塌陷試驗裝置，由于采用上述水位波動控制裝置，因而可以實現(xiàn)巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置內(nèi)不同頻率及不同波幅的水位波動控制；進一步地，特殊的水槽設計方案，排水管的出水直接送入水槽，實現(xiàn)水的循環(huán)利用。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明所述用于巖溶塌陷試驗的水位波動控制裝置一種實施方式的結(jié)構示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明所述的巖溶塌陷試驗裝置的結(jié)構示意圖。
[0020]圖中標號為:
[0021]I巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置；1_1上層箱體；1_2下層箱體；1_3巖溶開口 ；1_4排泥管；1_5控制閥；2供水管；3變頻水泵；4流量控制閥；5壓力表；6排水管；6-1排水主管；6-2排水支管；7定時程序控制器；8溢流閥；9電磁換向閥；10水槽。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合具體附圖對本發(fā)明作進一步的詳述，以更好地理解本發(fā)明的內(nèi)容。
[0023]圖1為本發(fā)明所述用于巖溶塌陷試驗的水位波動控制裝置一種實施方式的結(jié)構示意圖。如圖1所示，本發(fā)明所述的用于巖溶塌陷試驗的水位波動控制裝置，包括向巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置I供水的供水管2，以及將巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置I內(nèi)的水排出的排水管6，其中:
[0024]所述的供水管2上由入口端至出口管依次設置有變頻水泵3、流量控制閥4和壓力表5 ;
[0025]所述排水管6包括一排水主管6-1和與該排水主管6-1連通的兩根排水支管6_2，在所述的排水管6上設有調(diào)節(jié)巖溶塌陷環(huán)境模擬裝置I內(nèi)壓力的調(diào)節(jié)機構，該調(diào)節(jié)機構包括定時程序控制器7、電磁換向閥9和兩個溢流閥8，所述兩個