CN211374743U - 岩溶塌陷多参数监测预警试验*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种岩溶塌陷多参数监测预警试验***，包括岩溶塌陷模拟***、地下水参数监测***和土体变形监测***，岩溶塌陷模拟***包括箱体和岩溶管道模拟***，箱体分成进水箱、土箱和排水箱三部分，在土箱的底端面上开设有一通孔；所述岩溶管道模拟***根据勘查的实际情况或岩溶塌陷实例建立，包括模拟溶洞及与其连通的各模拟岩溶管道，进、排水管，模拟溶洞经模拟岩溶管道与土箱上的通孔连通；地下水参数监测***包括监测地下水指标参数的各种监测装置，各监测装置的探头分别置于岩溶管道模拟***中预先设定的测定位置；土体变形监测***包括设于原状土样中的光纤及光纤应变监测装置。本实用新型所述***对岩溶塌陷具有较高预警精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种岩溶塌陷多参数监测预警试验***，属于岩溶塌陷地质灾害预防和治理技术领域。
背景技术
岩溶塌陷是岩溶区的主要地质灾害之一，具有隐蔽性、突发性、反复性等特点，对其监测预警是岩溶塌陷防治过程中的重要环节，也是当前地球科学领域尚未攻克的世界级技术难题之一。岩溶塌陷的形成是岩、土、水和人类活动综合叠加作用的结果，影响因素众多，演化过程非常复杂，包括地下水潜蚀、化学溶蚀、真空吸蚀、机械振动等多种效应，每一种作用都会对岩土体产生变形破坏影响，并伴随着地质现象发生。在地下水潜蚀作用过程中，地下水波动幅度、频率、水流速度和浑浊度等参数均会反映岩土体变形破坏情况；在化学溶蚀作用过程中，土壤和地下水的阴、阳离子和总溶解固体(TDS)等参数均发生较大改变；在机械振动作用过程中，振动幅度、频率和振动方式等参数也与岩土体变形具有很好的对应关系。因此，要提高岩溶塌陷监测预警的精度和水平，需要开展多参数监测预警工作。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有较高预警精度的岩溶塌陷多参数监测预警试验***。
本实用新型所述的岩溶塌陷多参数监测预警试验***，包括岩溶塌陷模拟***、地下水参数监测***和土体变形监测***，其特征在于：
所述的岩溶塌陷模拟***包括一箱体和岩溶管道模拟***，其中：
所述箱体内设置两块透水隔板，将箱体分隔成进水箱、土箱和排水箱三个部分，其中土箱位于进水箱和排水箱之间，所述进水箱、土箱和排水箱通过透水隔板上的透水孔洞实现液体的相互流通；所述土箱用于填装原状土样，在土箱的底端面上开设有一通孔；
所述岩溶管道模拟***根据勘查的实际情况或岩溶塌陷实例建立，其主要包括模拟溶洞、与模拟溶洞连通的各模拟岩溶管道，以及为模拟岩溶管道提供进、排水的进水管和排水管，在进水管和排水管上均设置有阀门和压力表，在各模拟岩溶管道上根据需要设置阀门以控制水流的通断；所述模拟溶洞通过模拟岩溶管道与土箱底端面上的通孔连通；
所述的地下水参数监测***包括地下水水位监测装置、地下水流速监测装置、地下水浑浊度监测装置和地下水化学监测装置，各监测装置的探头分别置于岩溶管道模拟***中预先设定的测定位置；
所述的土体变形监测***包括设置于土箱中原状土样中的光纤以及对所述光纤的应变进行监测的光纤应变监测装置。
上述技术方案中，所述地下水参数监测***优选包括两套地下水水位监测装置、两套地下水流速监测装置、地下水浑浊度监测装置和地下水化学监测装置各一套，其中一套地下水水位监测装置的探头和地下水流速监测装置的探头设置于与模拟溶洞在同一水平位置上的模拟岩溶管道中，而地下水浑浊度监测装置的探头和地下水化学监测装置的探头则均设置于上述地下水水位监测装置探头和地下水流速监测装置探头下方的模拟岩溶管道中；另一套地下水水位监测装置的探头和地下水流速监测装置的探头则设置于排水管出水端之前。通过在模拟溶洞在同一水平位置上的模拟岩溶管道中设置地下水水位监测装置和地下水流速监测装置的探头，有效监测与模拟溶洞同一径流上的水压、水流速等多种监测数据；而将地下水浑浊度监测装置的探头和地下水化学监测装置的探头则均设置于上述地下水水位监测装置探头和地下水流速监测装置探头下方的模拟岩溶管道中(即设置于较放置上述地下水水位监测装置探头和地下水流速监测装置探头距离地表更深的模拟岩溶管道中)以测定水体在受岩石溶蚀和土体变形破坏影响后的浑浊度、TDS、电导率、各种离子浓度等相关指标，用于后续对比分析。
上述技术方案中，所述地下水水位监测装置、地下水流速监测装置、地下水浑浊度监测装置和地下水化学监测装置为现有技术中的常规选择，具体的，地下水水位监测装置可以是加拿大Solinst公司的3001型Edge水位记录仪，地下水流速监测装置可以是美国Flowstar公司的600型声学多普勒流速测量仪，地下水浑浊度监测装置可以是德国WTW公司的Turb2000型在线浊度分析仪，地下水化学监测装置可以是美国HACH公司的MS6100型多参数水质在线分析仪。
上述技术方案中，所述光纤的数量根据需要设置，分别埋设于土箱中不同深度的原状土样中以获得不同位置原状土样的变形数据；所述的光纤应变监测装置具体可以是日本安藤公司的BOTDR光纤应变测试仪。
上述技术方案中，为了调节进出岩溶管道模拟***的压力差，优选排水管呈纵向设置，在其上分别设置有多个分排水管，并在各分排水管上均设置阀门和压力表，通过控制不同分排水管进行排水以实现进出岩溶管道模拟***压力差的调节。
由于本实用新型所述岩溶塌陷多参数监测预警试验***用于实际监测，因此其中的岩溶管道模拟***根据勘查的实际情况或岩溶塌陷实例建立，在一个具体的实施例子中，所述的岩溶管道模拟***包括模拟溶洞，与模拟溶洞连通的第一模拟岩溶管道、第二模拟岩溶管道、第三模拟岩溶管道和第四模拟岩溶管道，以及与第二模拟岩溶管道连通的第六模拟岩溶管道，和与第二模拟岩溶管道连通的第七模拟岩溶管道；其中，
第一模拟岩溶管道与土箱底端面上的通孔连通，第二模拟岩溶管道和第三模拟岩溶管道与模拟溶洞处于同一水平位置上；
所述第二模拟岩溶管道、第三模拟岩溶管道以及第四模拟岩溶管道通过
第五模拟岩溶管道形成回路，该第五模拟岩溶管道位于所述第二模拟岩溶管道和第三模拟岩溶管道的下方；
第六模拟岩溶管道与第一模拟岩溶管道平行，第七模拟岩溶管道与第二模拟岩溶管道及第三模拟岩溶管道平行；
所述第三模拟岩溶管道与进水管连接，第七模拟岩溶管道与排水管连接；
所述第二模拟岩溶管道、第三模拟岩溶管道和第四模拟岩溶管道各设置有一个阀门；第五模拟岩溶管道上设置有二个阀门，二个阀门的设置位置分别为靠近与第二模拟岩溶管道的连接处以及靠近与第三模拟岩溶管道的连接处。
在上述具体的实施例子中，所述地下水参数监测***中的一套地下水水位监测装置和地下水流速监测装置的探头设置于第三模拟岩溶管道中，另一套地下水水位监测装置和地下水流速监测装置的探头设置于第七模拟岩溶管道中，所述地下水浑浊度监测装置的探头和地下水化学监测装置的探头设置于第五模拟岩溶管道中。
与现有技术相比，本实用新型所述***通过对土体变形破坏以及土体变形破坏对地下溶洞、岩溶管道和地下水的影响进行多方位监测从而获得多种指标参数，经进一步分析可获得综合预警阈值，实现对岩溶塌陷预警预报。而且本实用新型所述***结构简化，能够获得更多的指标参数因而大幅度提高了岩溶塌陷监测预警工作的预警精度，这对提高岩溶塌陷防治水平、丰富完善岩溶塌陷研究和应用体系具有重要意义。
附图说明
图1为本实用新型所述岩溶塌陷多参数监测预警试验***一种实施方式的结构示意图。
图中标号为：
1排水箱，2透水隔板，3土箱，4进水箱，5地下水参数监测***，6光纤应变监测装置，7阀门，8压力表，9进水管，10地下水水位监测装置的探头，11地下水流速监测装置的探头，12第三模拟岩溶管道，13地下水化学监测装置的探头，14模拟溶洞，15第四模拟岩溶管道，16第五模拟岩溶管道，17地下水浑浊度监测装置的探头，18支架，19第二模拟岩溶管道，20第一模拟岩溶管道，21通孔，22光纤，23原状土样，24第六模拟岩溶管道，25第七模拟岩溶管道，26排水管，27分排水管。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的详述，以更好地理解本实用新型的内容。
如图1所示，本实用新型所述的岩溶塌陷多参数监测预警试验***，包括岩溶塌陷模拟***、地下水参数监测***5和土体变形监测***，其特征在于：
所述的岩溶塌陷模拟***包括一箱体和岩溶管道模拟***，其中：
所述箱体为敞口的箱体，固定于支架18上，箱体内设置两块透水隔板2，将箱体分隔成进水箱4、土箱3和排水箱1三个部分，其中土箱3位于进水箱4和排水箱1之间，所述进水箱4、土箱3和排水箱1通过透水隔板2上的透水孔洞实现液体的相互流通；所述土箱3用于填装原状土样23，在土箱3的底端面上开设有一通孔21，该通孔21用于模拟溶洞的开口；
所述岩溶管道模拟***主要包括模拟溶洞14、与模拟溶洞14连通的各模拟岩溶管道，以及为模拟岩溶管道提供进、排水的进水管9和排水管26，其中，
所述进水管9上设置有阀门7和压力表8；
所述排水管26呈纵向设置，其上分别设置有三个分排水管27，在各分排水管27上均设置有阀门7和压力表8，通过控制不同分排水管27进行排水以实现进出岩溶管道模拟***压力差的调节；
所述与模拟溶洞14连通的各模拟岩溶管道包括与模拟溶洞14连通的第一模拟岩溶管道20、第二模拟岩溶管道19、第三模拟岩溶管道12和第四模拟岩溶管道15，以及与第二模拟岩溶管道19连通的第六模拟岩溶管道24，和与第二模拟岩溶管道19连通的第七模拟岩溶管道25；其中，第一模拟岩溶管道20与土箱3底端面上的通孔21连通，第二模拟岩溶管道19和第三模拟岩溶管道12与模拟溶洞14处于同一水平位置上；所述第二模拟岩溶管道19、第三模拟岩溶管道12以及第四模拟岩溶管道15通过第五模拟岩溶管道16形成回路，该第五模拟岩溶管道16位于所述第二模拟岩溶管道19和第三模拟岩溶管道12的下方；第六模拟岩溶管道24与第一模拟岩溶管道20平行，第七模拟岩溶管道25与第二模拟岩溶管道19及第三模拟岩溶管道12平行；所述第三模拟岩溶管道12与进水管9连接，第七模拟岩溶管道25与排水管26连接；所述第二模拟岩溶管道19、第三模拟岩溶管道12和第四模拟岩溶管道15各设置有一个阀门7；第五模拟岩溶管道16上设置有二个阀门7，二个阀门7的设置位置分别为靠近与第二模拟岩溶管道19的连接处以及靠近与第三模拟岩溶管道12的连接处；
所述的地下水参数监测***5包括地下水水位监测装置、地下水流速监测装置、地下水浑浊度监测装置和地下水化学监测装置，各监测装置的探头分别置于岩溶管道模拟***中预先设定的测定位置；
所述地下水参数监测***5包括两套地下水水位监测装置、两套地下水流速监测装置以及地下水浑浊度监测装置和地下水化学监测装置各一套，其中一套地下水水位监测装置的探头10和地下水流速监测装置的探头11均设置于第三模拟岩溶管道12中，另一套地下水水位监测装置的探头10和地下水流速监测装置的探头11则设置于第七模拟岩溶管道25中；所述的地下水浑浊度监测装置的探头17和地下水化学监测装置的探头13则设置于第五模拟岩溶管道16中；
所述的土体变形监测***包括三根设置于土箱3中原状土样23中的光纤22以及对所述光纤22的应变进行监测的光纤应变监测装置6。
上述实施方式中，所述地下水水位监测装置采用加拿大Solinst公司的3001型Edge水位记录仪，地下水流速监测装置采用美国Flowstar公司的600型声学多普勒流速测量仪，地下水浑浊度监测装置采用德国WTW公司的Turb2000型在线浊度分析仪，地下水化学监测装置采用美国HACH公司的MS6100型多参数水质在线分析仪，光纤应变监测装置6采用日本安藤公司的BOTDR光纤应变测试仪。
为了便于试验观察，除主体支架18采用金属材料(如不锈钢)制作外，其他结构如箱体和岩溶管道模拟***等均宜采用透明材质制作。本实用新型所述装置中的各连接部位需进行气密封和液体密封性检查。
使用本实用新型所述***的具体操作如下：
1)试验前，首先获取野外塌陷区原状土体，或者根据塌陷区土体进行配比重塑，制作原状土样23，将原状土样23按照现有常规规则放入土箱3中，同时在土体的不同位置埋设监测土体变形破坏的光纤22。
2)然后向进水箱4中分阶段注水，直至排水箱1中与排水箱1的水位处于平衡状态，模拟野外实际的第四系地下水位。将各监测装置的探头分别放入预先设定的位置，然后向进水管9内注水，使排水管26中的地下水位与进水管9的水位保持平衡状态，模拟自然条件下的岩溶地下水。
3)试验时，通过控制排水管26上各分排水管27的开关和流量，模拟涌水或抽水过程，同时实时获取各监测仪器读数，直至土体发生变形破坏形成土洞并塌陷。
4)最后通过分析各监测所得指标参数与土体变形破坏阶段的对应关系，获取岩溶塌陷多参数监测的综合预警阈值，实现对岩溶塌陷的预警预报。
Claims (6)
1.岩溶塌陷多参数监测预警试验***，包括岩溶塌陷模拟***、地下水参数监测***(5)和土体变形监测***，其特征在于：
所述的岩溶塌陷模拟***包括一箱体和岩溶管道模拟***，其中：
所述箱体内设置两块透水隔板(2)，将箱体分隔成进水箱(4)、土箱(3)和排水箱(1)三个部分，其中土箱(3)位于进水箱(4)和排水箱(1)之间，所述进水箱(4)、土箱(3)和排水箱(1)通过透水隔板(2)上的透水孔洞实现液体的相互流通；所述土箱(3)用于填装原状土样(23)，在土箱(3)的底端面上开设有一通孔(21)；
所述岩溶管道模拟***根据勘查的实际情况或岩溶塌陷实例建立，其主要包括模拟溶洞(14)、与模拟溶洞(14)连通的各模拟岩溶管道，以及为模拟岩溶管道提供进、排水的进水管(9)和排水管(26)，在进水管(9)和排水管(26)上均设置有阀门(7)和压力表(8)，在各模拟岩溶管道上根据需要设置阀门(7)以控制水流的通断；所述模拟溶洞(14)通过模拟岩溶管道与土箱(3)底端面上的通孔(21)连通；
所述的地下水参数监测***(5)包括地下水水位监测装置、地下水流速监测装置、地下水浑浊度监测装置和地下水化学监测装置，各监测装置的探头分别置于岩溶管道模拟***中预先设定的测定位置；
所述的土体变形监测***包括设置于土箱(3)中原状土样(23)中的光纤(22)以及对所述光纤(22)的应变进行监测的光纤应变监测装置(6)。
2.根据权利要求1所述的岩溶塌陷多参数监测预警试验***，其特征在于：所述地下水参数监测***(5)包括两套地下水水位监测装置、两套地下水流速监测装置、地下水浑浊度监测装置和地下水化学监测装置各一套，其中一套地下水水位监测装置的探头(10)和地下水流速监测装置的探头(11)设置于与模拟溶洞(14)在同一水平位置上的模拟岩溶管道中，而地下水浑浊度监测装置的探头(17)和地下水化学监测装置的探头(13)则均设置于上述地下水水位监测装置探头(10)和地下水流速监测装置探头(11)下方的模拟岩溶管道中；另一套地下水水位监测装置的探头(10)和地下水流速监测装置的探头(11)则设置于排水管(26)出水端之前。
3.根据权利要求1所述的岩溶塌陷多参数监测预警试验***，其特征在于：所述光纤(22)的数量根据需要设置，分别埋设于土箱(3)中不同深度的原状土样(23)中。
4.根据权利要求1所述的岩溶塌陷多参数监测预警试验***，其特征在于：所述的排水管(26)呈纵向设置，其上分别设置有多个分排水管(27)，各分排水管(27)上均设置有阀门(7)和压力表(8)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的岩溶塌陷多参数监测预警试验***，其特征在于：所述的岩溶管道模拟***包括模拟溶洞(14)，与模拟溶洞(14)连通的第一模拟岩溶管道(20)、第二模拟岩溶管道(19)、第三模拟岩溶管道(12)和第四模拟岩溶管道(15)，以及与第二模拟岩溶管道(19)连通的第六模拟岩溶管道(24)，和与第二模拟岩溶管道(19)连通的第七模拟岩溶管道(25)；其中，
第一模拟岩溶管道(20)与土箱(3)底端面上的通孔(21)连通，第二模拟岩溶管道(19)和第三模拟岩溶管道(12)与模拟溶洞(14)处于同一水平位置上；
所述第二模拟岩溶管道(19)、第三模拟岩溶管道(12)以及第四模拟岩溶管道(15)通过第五模拟岩溶管道(16)形成回路，该第五模拟岩溶管道(16)位于所述第二模拟岩溶管道(19)和第三模拟岩溶管道(12)的下方；
第六模拟岩溶管道(24)与第一模拟岩溶管道(20)平行，第七模拟岩溶管道(25)与第二模拟岩溶管道(19)及第三模拟岩溶管道(12)平行；
所述第三模拟岩溶管道(12)与进水管(9)连接，第七模拟岩溶管道(25)与排水管(26)连接。
6.根据权利要求2所述的岩溶塌陷多参数监测预警试验***，其特征在于：其中一套地下水水位监测装置的探头(10)和地下水流速监测装置的探头(11)设置于第三模拟岩溶管道(12)中，另一套地下水水位监测装置的探头(10)和地下水流速监测装置的探头(11)设置于第七模拟岩溶管道(25)中，所述地下水浑浊度监测装置的探头(17)和地下水化学监测装置的探头(13)设置于第五模拟岩溶管道(16)中。
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| CN201921993918.5U CN211374743U (zh) | 2019-11-18 | 2019-11-18 | 岩溶塌陷多参数监测预警试验*** |
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| CN (1) | CN211374743U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112309088A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-02-02 | 中国地质科学院岩溶地质研究所 | 一种利用土洞气体监测预警岩溶塌陷的装置及工作方法 |
| CN112946778A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-06-11 | 中国地质科学院岩溶地质研究所 | 一种基于地下水浑浊度监测预警岩溶塌陷的方法 |
-
2019
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| CN112946778B (zh) * | 2021-01-29 | 2022-05-03 | 中国地质科学院岩溶地质研究所 | 一种基于地下水浑浊度监测预警岩溶塌陷的方法 |
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