路面塌陷模拟装置、系统及方法与流程

本发明属于地下空间塌陷，具体涉及一种路面塌陷模拟装置、系统及方法。

背景技术：

1、近年来城市地表频发塌陷，导致道路损坏、车辆陷落、人员伤亡等，严重威胁人民生命财产安全，因此路面塌陷致灾过程模拟与测试研究广受关注。其中，管线泄漏、地下水侵蚀、地下工程影响、路面交通动载作用等是塌陷形成的重要条件，而围绕这些因素作用的模型试验方法是研究路面塌陷的常用手段。

2、然而，相关技术中的模拟试验装置的模拟场景较为单一，不能针对不同的地质条件和地下工程构建模拟场景，导致相关技术中的设备基本无法满足模拟试验的相似比要求。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明的实施例提出一种能够有效模拟多种不同因素作用下的路面塌陷灾变演化过程的路面塌陷模拟装置。

3、本发明的实施例提出一种路面塌陷模拟系统。

4、本发明的实施例提出一种路面塌陷模拟方法。

5、根据本发明实施例的路面塌陷模拟装置，包括：

6、箱体，所述箱体具有沿竖向布置的第一腔和第二腔，所述第一腔和所述第二腔相连通，所述第一腔的顶部敞口，所述第一腔用于铺设地层，所述第二腔用于储水；

7、地下工程模拟组件，所述地下工程模拟组件包括至少一种地下工程模型，所述地下工程模型预埋在所述第一腔的地层中；

8、载荷模拟组件，所述载荷模拟组件设在所述箱体的上方，所述载荷模拟组件包括激振部件和模拟车，用于对所述内腔顶部的土体施加载荷；

9、喷淋组件，所述喷淋组件布设在所述箱体的上方；

10、供水组件，所述供水组件与所述喷淋组件、所述第二腔和至少部分所述地下工程模型连接，用于使所述喷淋组件向所述内腔顶部的土体喷水以模拟降雨、和/或向所述第二腔供水以模拟地下水层、和/或向部分所述地下工程模型供水以模拟地下工程漏水。

11、本发明实施例的路面塌陷模拟装置可有效模拟降雨、管线泄漏、地下水侵蚀、地下工程影响、路面交通动载作用等因素作用下的路面塌陷灾变演化过程，多种因素能够综合同步进行，还原更真实的模拟场景，为开展塌陷预警防控技术研究提供支持。

12、在一些实施例中，所述箱体的侧壁上设有多个安装口，部分所述地下工程模型与所述安装口对应设置，且所述供水组件与所述安装口连接以向对应的所述地下工程模型中注水。

13、在一些实施例中，还包括连接头组件，所述连接头组件设在所述安装口处，所述连接头组件包括：

14、内堵头，所述内堵头连接在所述安装口的内侧；

15、第一连接件，所述第一连接件连接在所述安装口的外侧，所述第一连接件中部具有流道；

16、第二连接件，所述第二连接件与所述第一连接件连接以封堵所述流道；

17、和/或，所述箱体的各侧面均设置有多个所述安装口，位于所述箱体的同一侧面上的多个所述安装口的内径尺寸不同。

18、在一些实施例中，还包括水平移动组件，所述水平移动组件设在所述箱体上，且所述水平移动组件与所述载荷模拟组件连接以驱动所述载荷模拟组件在水平方向上移动。

19、在一些实施例中，所述箱体顶部设有轨道，所述轨道沿第一方向延伸，所述水平移动部件包括移动架和第一驱动部，所述移动架设在所述轨道上，并在所述轨道上沿第一方向可移动，所述第一驱动部设在所述移动架上，所述载荷模拟组件设在所述第一驱动部的动作端，所述第一驱动部驱动所述载荷模拟组件沿第二方向移动，所述第一方向、所述第二方向和竖直方向互为正交；

20、和/或，所述水平移动组件为多个，多个所述水平移动组件并排设在箱体的顶部，所述激振部件和所述模拟车与所述水平移动组件可拆卸连接；

21、和/或，所述模拟车与所述激振部件相连接，所述模拟车包括车体和第一板，所述第一板设在所述车体的上方，所述车体和所述第一板之间设有弹性件，所述激振部件与所述第一板可拆卸连接；

22、和/或，所述水平移动组件具有连接座，所述连接座第一导槽和第二导槽，所述第一导槽沿竖直方向延伸，所述第二导槽沿水平方向延伸，且所述第二导槽与所述第一导槽的中部连通，所述激振部件或所述模拟车上设有固定杆，所述固定杆的端部设有第三连接件，所述固定杆通过所述第二导槽进入所述第一导槽内，并通过所述第三连接件与所述连接座固定连接；

23、和/或，所述模拟车具有配重仓，所述配重仓内设有配重块。

24、在一些实施例中，所述第一腔和所述第二腔之间设有隔板，所述隔板上具有第一孔，所述隔板与所述箱体的底板之间设有多个支撑柱；

25、和/或，还包括第一进水口和第一出水口，所述第一进水口和所述第一出水口设在所述箱体侧壁上，并与所述第二腔连通；

26、和/或，还包括水位调节组件，所述水位调节组件包括第一架体和第一桶体，所述第一桶体设在所述第一架体上，且所述第一桶体在所述第一架体上沿竖直方向可移动，所述第一桶体的底部与所述第二腔连通，所述第一桶体的上部连接有溢流管；

27、和/或，所述激振部件包括激振器和信号发生器。

28、在一些实施例中，所述喷淋组件包括喷淋管和喷头，所述喷淋管沿所述箱体的顶部布置，所述喷头的数量为多个，多个所述喷头间隔布置在所述喷淋管上，且所述喷头相对于所述喷淋管可转动。

29、在一些实施例中，所述供水组件包括水箱和水泵，所述水泵的进水端与所述水箱连接，所述水泵的出水端与喷淋组件、所述第二腔和至少部分所述地下工程模型连接；

30、和/或，所述箱体包括支撑框、底板和侧板，所述底板布置在所述支撑框的底部，所述侧板设在所述支撑框的各侧面上，至少部分所述侧板透明；

31、和/或，所述地下工程模型包括巷道模型和管道模型；

32、和/或，所述箱体的侧壁上设有多条刻度线，位于所述箱体的同一个侧壁上的多条所述刻度线沿不同的方向延伸；

33、和/或，还包括集水槽，所述集水槽设在所述箱体的底部。

34、本发明实施例的路面塌陷模拟系统，包括上述任一项实施例所述的路面塌陷模拟装置和控制系统，所述控制系统包括控制柜、检测部件和数据采集仪，所述控制柜与所述载荷模拟组件、喷淋组件和所述供水组件相连接，所述检测部件与所述数据采集仪连接，所述检测部件至少包括位移传感器、孔隙水压力传感器和土压力传感器；

35、所述位移传感器设在所述第一腔的地层上部，所述孔隙水压力传感器分布在所述地层的不同深度处，所述土压力传感器设在所述地下工程模型的周向外壁上。

36、本发明实施例的路面塌陷模拟方法，利用上述实施例所述路面塌陷模拟系统进行模拟试验，具体包括以下步骤：

37、根据模拟试验工况需求，确定用于塌陷试验的地层参数和地下工程模型控制参数；

38、基于所述地下工程模型控制参数，制作地下工程模型；

39、基于所述地层参数，在所述路面塌陷模拟装置的第一腔内铺设地层和地下工程模型，并在所述地层的不同位置布置检测部件，在地层顶部铺设路面；

40、对所述路面塌陷模拟系统中的各部件进行连接和调试，并记录初始数据；

41、确定模拟工况特征，并控制所述路面塌陷模拟系统中的相对应的组件启动以模拟相应的工况，监测并记录试验数据；

42、调整模拟工况特征，并重复上一步骤，直至完成测试。