一种砂泥岩互层空腔演化与地面塌陷试验装置的制作方法

本发明涉及岩土工程试验技术领域，特别涉及一种砂泥岩互层空腔演化与地面塌陷试验装置。

背景技术：

重庆地区以砂泥岩互层地质为主，这种地质结构稳定，岩性较好，然而重庆市地面塌陷灾害呈逐年增多的趋势，这是很不寻常的现象。因此深入研究砂泥岩互层地质条件下的空腔演化和地面塌陷机理能为预防和治理地面塌陷灾害提供理论和现实意义。

研究发现，水和温度是岩石风化的主要外营力，对泥岩进行水和温度的循环作用后，极易使其风化。自然条件下，岩石风化速度较慢，若完全模拟实际环境进行试验，需要较长的试验时间，达不到预期效果，因此需要实验室加速试验，研究在较短时间内模拟岩石风化的过程。已有的地面塌陷模型试验装置主要针对水动力作用下上覆土层的塌陷试验，针对砂泥岩互层地质条件下的岩质地面塌陷试验装置还处于空白状态。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种砂泥岩互层空腔演化与地面塌陷试验装置。所述技术方案如下：

一种砂泥岩互层空腔演化与地面塌陷试验装置，包括：保温试验箱、可控流量供水装置、恒温加热装置和液压加载装置；

所述可控流量供水装置与所述保温试验箱连接；

所述保温试验箱的前箱壁和后箱壁均设置所述恒温加热装置；

所述保温试验箱的内部设置所述液压加载装置。

可选地，所述保温试验箱内放置砂泥岩互层试样，所述砂泥岩互层试样包括砂岩试样和泥岩试样，所述砂岩试样和泥岩试样依层交替放置，至少放置三层。

可选地，所述砂泥岩互层试样的上方设置有沉降观测传感器。

可选地，所述可控流量供水装置包括进水管、出水管和汇水盘；

所述进水管与所述保温试验箱的顶部连接；

所述汇水盘与所述砂泥岩互层的底部连接；

所述出水管与所述汇水盘的底部连接。

可选地，所述进水管的管口设置有流量计。

可选地，所述进水管包括第一进水管和第二进水管，所述第一进水管和第二进水管分别设置于所述保温试验箱顶部的一侧，所述第一进水管设置有第一阀门，所述第二进水管设置有第二阀门。

可选地，所述汇水盘盘下设置有汇水盘支座。

可选地，所述恒温加热装置包括陶瓷加热板和温控器；所述陶瓷加热板和所述温控器连接。

可选地，所述液压加载装置包括液压千斤顶和固定杆；所述固定杆支撑所述液压千斤顶。

可选地，所述保温试验箱的左箱壁和右箱壁分别设置有保温玻璃观察窗。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

1)能够用于研究砂泥岩互层或地质软岩等岩层地面塌陷研究，扩展了地面塌陷的研究内容和范围。

2)通过控制温度和控制流量实现了岩石的快速风化，能够建立自然风化和试验风化的对应关系，为研究加速岩石风化提供了方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种砂泥岩互层空腔演化与地面塌陷试验装置的模块示意图；

图2是本发明实施例提供的一种砂泥岩互层空腔演化与地面塌陷试验装置主视图；

图3是本发明实施例提供的一种砂泥岩互层空腔演化与地面塌陷试验装置右视图；

图4是本发明实施例提供的一种砂泥岩互层空腔演化与地面塌陷试验装置试验步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种砂泥岩互层空腔演化与地面塌陷试验装置，参见图1，包括：保温试验箱110、可控流量供水装置120、恒温加热装置130和液压加载装置140。

可控流量供水装置120与保温试验箱110连接。

保温试验箱110的前箱壁和后箱壁分别设置恒温加热装置130。

保温试验箱110的内部设置液压加载装置140。

在本实施例中，参见图2，保温试验箱110内放置砂泥岩互层试样，砂泥岩互层试样包括砂岩试样111和泥岩试样112，砂岩试样111和泥岩试样112依层交替放置，至少放置三层。砂泥岩互层试样表面钻孔，并将钻孔一面与保温试验箱耐高温玻璃紧密接触，保证水仅从钻孔通过，而不会从试样与玻璃的接触面中渗入。

在本实施例中，砂泥岩互层的上方设置有沉降观测传感器113，用于检测砂泥岩互层的沉降量，并将数据传输到计算机进行处理。

在本实施例中，可控流量供水装置120包括进水管121、出水管122和汇水盘123。

具体地，进水管121与所述保温试验箱110的顶部连接，进水管121直接连接水龙头供水。

具体地，汇水盘123与所述砂泥岩互层的底部连接，汇水盘123将砂泥岩互层渗下的水回收。

具体地，出水管122与汇水盘123的底部连接，出水管122将汇水盘123的水导出至箱外。

在本实施例中，进水管121的管口设置有流量计124，通过流量计124来控制进水的流量大小。

在本实施例中，进水管121包括第一进水管125和第二进水管126，第一进水管125和第二进水管126分别设置于保温试验箱110顶部的一侧，第一进水管125设置有第一阀门127，第二进水管126设置有第二阀门128，第一阀门127控制第一进水管125的开启与关闭,第二阀门128控制第二进水管126的开启与关闭。

具体地，第一进水管125和第二进水管126下各放置一组砂泥岩互层试样，通过控制第一阀门127和第二阀门128的开闭来实现干湿循环和持续加水试验。持续加水试验即阀门一直处于打开状态；而干湿循环试验则是打开阀门一段时间后，再关闭阀门，如此往复。

在本实施例中，汇水盘123盘下设置有汇水盘支座129，汇水盘支座129支撑汇水盘123。

在本实施例中，恒温加热装置130包括陶瓷加热板131和温控器，陶瓷加热板131和温控器连接；温控器通过控制陶瓷加热板131，来调节和保持保温箱的温度，温度调节范围为20-300℃，通过控制保温箱内的温度实现岩石加速风化的效果，在此基础上研究干湿循环状态和持续加水状态时砂泥岩互层地质中岩石的水岩软化、地层劣化和空腔演化过程。

在本实施例中，液压加载装置140包括液压千斤顶141和固定杆142；固定杆142支撑液压千斤顶141。液压千斤顶141对砂泥岩互层提供上覆荷载作用，试验上覆荷载与塌陷过程的对应关系。

在本实施例中，参见图3，保温试验箱110的左箱壁和右箱壁分别设置有保温玻璃观察窗114，通过观察窗能够直观的观察试验过程，保温玻璃也保证了箱内环境的稳定，确保试验不受外界因素的干扰。

本试验装置主要研究对象是砂岩和泥岩互层，基于泥岩遇水易软化，上覆砂岩在荷载作用下发生破坏的机理，研究泥岩软化、地层劣化、泥岩空腔演化和砂岩塌陷破坏的过程，主要是通过控制温度实现加速泥岩的风化过程，能够直接观察与测量泥岩软化、空腔演化过程，通过液压加载装置为砂岩提供荷载，直到实现基于泥岩软化和空腔演化机理的砂泥岩互层地面塌陷试验过程，从而建立泥岩风化量随时间的变化关系，建立自然风化与试验风化的对应关系。本试验装置能够同时进行持续供水和干湿循环两种条件下的砂泥岩互层地面塌陷试验，其中，干湿循环试验步骤如下，参见图4：

S100，将砂泥岩试样固定于实验箱内；

S200，通过液压千斤顶为砂泥岩试样提供上覆荷载；

S300，设定试验温度，烘干48h后，打开阀门，水作用8h；

S400，重复S300至设定次数；

S500，采集试验数据，整理试验结果。

对于持续供水试验依照上述方法，试验条件与干湿循环试验相同，对比两组试验数据，得出试验结果。

综上所述，本发明实施例能够用于研究砂泥岩互层或地质软岩等岩层地面塌陷研究，扩展了地面塌陷的研究内容和范围；通过控制温度和控制流量实现了岩石的快速风化，能够建立自然风化和试验风化的对应关系，为研究加速岩石风化提供了方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。