一種試驗(yàn)?zāi)Ｐ图捌渲谱鞣椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦業(yè)工程及水利工程的綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種試驗(yàn)?zāi)Ｐ图捌渲谱鞣椒ā?br>【背景技術(shù)】
[0002]煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主體地位的格局相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)難以改變，與此同時(shí)我國(guó)煤炭資源的開(kāi)發(fā)與利用所引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題卻日益突出。一方面，我國(guó)西部富煤地區(qū)多處于干旱和半干旱地帶，水資源短缺，同時(shí)地表生態(tài)脆弱；另一方面，在煤炭開(kāi)采過(guò)程中不可避免產(chǎn)生礦井水，如果處理不當(dāng)不僅會(huì)造成地下水資源的破壞，同時(shí)還會(huì)造成河川徑流量減少、水資源枯竭、土地沙漠化、環(huán)境污染、地表塌陷等一系列危害。因此，保護(hù)水資源和地表生態(tài)環(huán)境，是我國(guó)西部煤炭資源開(kāi)發(fā)面臨的重大課題。
[0003]利用煤礦采空區(qū)建造地下水庫(kù)，實(shí)現(xiàn)保水開(kāi)采是綜合利用地下水資源、保護(hù)含水層、煤礦安全生產(chǎn)和礦山廢棄后地下水源再利用的重大舉措?！熬G色煤炭”也是國(guó)家重大戰(zhàn)略問(wèn)題，將列入國(guó)家科技重大專項(xiàng)的重要研究?jī)?nèi)容。在地下水庫(kù)設(shè)計(jì)和建造中，庫(kù)址與壩址、庫(kù)容與特征水位、地下水調(diào)控與水質(zhì)過(guò)濾凈化，都取決于頂?shù)装鍘r體滲透性能、導(dǎo)水裂隙帶和塌落體的滲透系數(shù)和儲(chǔ)水系數(shù)、以及這些參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化或變異特征與規(guī)律；而這些問(wèn)題又是取決于煤層采動(dòng)過(guò)程中頂?shù)装鍘r體破損與裂隙發(fā)育過(guò)程和演化規(guī)律、破損巖體塌落方式、范圍、堆積型式、塊度分布、孔隙大小與分布等物理特征。在現(xiàn)場(chǎng)條件下，難以直接觀察、觀看、準(zhǔn)確測(cè)試這些物理特征和相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)，采用大型水巖耦合物理模型試驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)這一目的。
[0004]在水巖耦合物理模型試驗(yàn)條件下，確保相似巖層層間的防滲密封效果，從而保證相對(duì)準(zhǔn)確的模擬含水相似巖層的滲透特性，是水巖耦合模型試驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)難題之一，現(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有解決上述技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種能夠解決水巖耦合模型試驗(yàn)中含水相似巖層和隔水相似巖層之間的密封防滲問(wèn)題的試驗(yàn)?zāi)Ｐ图捌渲谱鞣椒ā?br>[0006]本發(fā)明技術(shù)方案提供一種用于試驗(yàn)巖層間密封防滲的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，包括試?yàn)箱，在所述試驗(yàn)箱的底部澆筑有含水相似巖層；其中，在所述含水相似巖層上形成有至少一條人工縫隙，所述人工縫隙貫穿所述含水相似巖層的上下表面；在所述含水相似巖層上還設(shè)置有至少一圈溝槽，所述溝槽的槽口位于所述含水相似巖層的上表面上，且所述人工縫隙被包圍在所述溝槽之內(nèi)；在所述含水相似巖層上對(duì)應(yīng)于所述溝槽設(shè)置有至少一圈防水圈，所述防水圈包括防水圈底部和防水圈頂部，所述防水圈頂部包括朝向所述人工縫隙的方向傾斜設(shè)置的迎水斜坡面和朝向遠(yuǎn)離所述人工縫隙的方向傾斜設(shè)置的背水斜坡面；所述防水圈底部位于所述溝槽內(nèi)，所述防水圈頂部凸起設(shè)置在所述含水相似巖層的上表面上；在所述含水相似巖層的上表面上澆筑有隔水相似巖層，所述防水圈頂部位于所述隔水相似巖層內(nèi)。
[0007]進(jìn)一步地，在所述含水相似巖層上還設(shè)置可拆卸的模板，所述溝槽由從所述含水相似巖層上拆下的所述模板形成。
[0008]進(jìn)一步地，所述防水圈的形成方式如下:在所述含水相似巖層上安裝至少一圈所述模板，所述模板的模板底端位于所述含水相似巖層內(nèi)，所述模板的模板頂端伸出于所述含水相似巖層的上部；在所述模板頂端上遠(yuǎn)離所述人工縫隙的一側(cè)澆筑所述背水斜坡面；在所述背水斜坡面澆筑完成之后，將所述模板從所述含水相似巖層上拆下，并在所述含水相似層上對(duì)應(yīng)于所述模板的位置形成至少一圈所述溝槽；在將所述模板拆下之后，在所述溝槽內(nèi)澆筑所述防水圈底部，同時(shí)在與所述背水斜坡面相對(duì)的一側(cè)澆筑所述迎水斜坡面，所述迎水斜坡面與所述防水圈底部一體成型。
[0009]進(jìn)一步地，所述防水圈由水不漏粉與水混合而成，所述水不漏粉與水的重量比為1:0.3ο
[0010]進(jìn)一步地，在所述試驗(yàn)箱內(nèi)澆筑有多層所述含水相似巖層，每層所述含水相似巖層上均設(shè)置有所述人工縫隙和所述防水圈；所述隔水相似巖層澆筑在多層所述含水相似巖層中最頂層的所述含水相似巖層上；任意相鄰的兩層所述含水相似巖層中位于下層的所述含水相似巖層上的所述防水圈的防水圈頂部位于上層的所述相似含水層內(nèi)；多層所述含水相似巖層中最頂層的所述含水相似巖層上的所述防水圈的防水圈頂部位于所述隔水相似巖層內(nèi)。
[0011]進(jìn)一步地，任意相鄰的兩層所述含水相似巖層中的所述人工縫隙對(duì)齊設(shè)置或交錯(cuò)設(shè)置。
[0012]進(jìn)一步地，所述人工縫隙包括多條分支縫隙。
[0013]進(jìn)一步地，多條所述分支縫隙間隔地平行設(shè)置；或者，多條所述分支縫隙連接形成網(wǎng)格狀。
[0014]進(jìn)一步地，在所述含水相似巖層中布置有可被拆除的多塊縫隙形成模板，所述人工縫隙由從所述含水相似巖層中拆除的所述縫隙形成模板所形成。
[0015]進(jìn)一步地，所述縫隙形成模板包括模板框架和設(shè)置在所述模板框架內(nèi)的多條分支縫隙形成板。
[0016]進(jìn)一步地，多條所述分支縫隙形成板相互平行，并間隔地布置在所述模板框架內(nèi)；或者，多條所述分支縫隙形成板連接形成網(wǎng)格狀。
[0017]本發(fā)明技術(shù)方案還提供一種試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷闹谱鞣椒ǎㄈ缦虏襟E:步驟1:在試驗(yàn)箱內(nèi)澆筑含水相似巖層，并在澆筑所述含水相似巖層時(shí)，在所述含水相似巖層中形成人工間隙，同時(shí)在所述含水相似巖層上支設(shè)至少一圈模板，所述人工間隙被包圍在所述模板之內(nèi)，并使得所述模板的模板底端位于所述含水相似巖層內(nèi)，所述模板的模板頂端伸出于所述含水相似巖層的上部；步驟2:在所述模板頂端與所述含水相似巖層之間澆筑防水圈的防水圈頂部的背水斜坡面，所述背水斜坡面位于所述模板頂端遠(yuǎn)離所述人工間隙的一側(cè)；步驟3:在所述背水斜坡面滿足強(qiáng)度要求之后，將所述模板從所述含水相似巖層上拆下，從而在所述含水相似層上對(duì)應(yīng)于所述模板的位置形成至少一圈溝槽；步驟4:在所述溝槽內(nèi)澆筑所述防水圈的防水圈底部，同時(shí)在與所述背水斜坡面相對(duì)的一側(cè)澆筑所述防水圈頂部的迎水斜坡面，所述迎水斜坡面與所述防水圈底部一體成型；步驟5:在所述防水圈滿足強(qiáng)度要求之后，在所述含水相似巖層的上表面上澆筑隔水相似巖層，且所述防水圈頂部位于所述隔水相似巖層內(nèi)。
[0018]進(jìn)一步地，所述背水斜坡面一次成型，所述迎水斜坡面和所述防水圈底部一次一體成型。
[0019]進(jìn)一步地，在所述試驗(yàn)箱內(nèi)依次澆筑有多層所述含水相似巖層，在每層所述含水相似巖層上分別采用所述步驟I至所述步驟4的操作方式形成所述人工縫隙和所述防水圈；其中，任意相鄰的兩層所述含水相似巖層中位于下層的所述含水相似巖層上的所述防水圈的防水圈頂部位于上層的所述相似含水層內(nèi)；在澆筑完最頂層的所述含水相似巖層上的所述防水圈之后，再在最頂層的所述含水相似巖層上澆筑所述隔水相似巖層，且最頂層的所述含水相似巖層上的所述防水圈的所述防水圈頂部位于所述隔水相似巖層內(nèi)。
[0020]進(jìn)一步地，所述防水圈由水不漏粉與水混合而成，所述水不漏粉與水的重量比為
1:0.3ο
[0021]進(jìn)一步地，所述人工縫隙的形成方式如下:步驟11:在試驗(yàn)箱內(nèi)預(yù)先確定人工縫隙的縫隙分布區(qū)域；步驟12:在所述縫隙分布區(qū)域內(nèi)間隔地支設(shè)多塊縫隙形成模板；步驟13:在試驗(yàn)箱內(nèi)澆筑含水相似巖層；步驟14:在所述含水相似巖層滿足強(qiáng)度要求后，將所述縫隙形成模板拆除，在所述含水相似巖層上相應(yīng)于所述縫隙形成模板的位置行成有人工縫隙。
[0022]進(jìn)一步地，所述人工縫隙包括多條分支縫隙。
[0023]進(jìn)一步地，多條所述分支縫隙間隔地平行設(shè)置；或者，多條所述分支縫隙連接形成網(wǎng)格狀。
[0024]進(jìn)一步地，所述縫隙形成模板包括模板框架和設(shè)置在所述模板框架內(nèi)的多條分支縫隙形成板。
[0025]進(jìn)一步地，多條所述分支縫隙形成板相互平行，并間隔地布置在所述模板框架內(nèi)；或者，多條所述分支縫隙形成板連接形成網(wǎng)格狀。
[0026]采用上述技術(shù)方案，具有如下有益效果:
[0027]本發(fā)明提供的試驗(yàn)?zāi)Ｐ图捌渲谱鞣椒ǎㄟ^(guò)在含水相似巖層和隔水相似巖層的層間設(shè)置一圈封閉的防水圈，隔斷巖層間滲流通道，使水在巖層間內(nèi)流動(dòng)，而不會(huì)流向試驗(yàn)箱的箱壁處，達(dá)到密封防滲的目的，實(shí)現(xiàn)水巖耦合模型試驗(yàn)含水相似巖層的滲透特性測(cè)試。
[0028]本發(fā)明提供的試驗(yàn)?zāi)Ｐ图捌渲谱鞣椒?，將防滲工程與水巖耦合模型相似材料澆筑