本發明專利技術提供巖溶地基模型試塊制備裝置和試驗方法，屬于物理性質測試分析技術領域，用于解決現有技術中傳統的模型試塊制備技術難以在內部澆筑出具有空洞結構的巖溶模型的問題。具體來說，包括頂部開口的模型框和設置于所述模型框外周的加固結構；還包括腔體預留裝置，所述腔體預留裝置位于模型框內部且不與模型框的壁面接觸，所述模型框中澆筑巖體相似材料形成巖溶地基模型試塊，澆筑完成后，預留裝置在所述巖溶地基模型試塊內形成弧形頂面的腔體。本發明專利技術在模型試塊內部構建了模擬巖溶孔洞的腔體空間，有效解決了傳統制備技術難以在內部形成空洞結構的問題，為深入研究巖溶地基失穩模式及其過程提供了有力支持。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于物理性質測試分析，特別是涉及巖溶地基模型試塊制備裝置和試驗方法。
技術介紹
1、巖溶，是由于地下水長期溶解可溶性巖石而形成的一種特殊地質現象，常導致地下空洞、洞穴等結構的出現。這些空洞結構對建筑結構的安全穩定構成嚴重威脅，可能引發結構倒塌、地面塌陷等災害性事件，給人們的生命財產安全帶來巨大風險。
2、為了研究巖溶地基（地基下有巖溶）的力學表現，通常采用相似模型并運用相似原理來進行模擬試驗。然而，傳統的模型試塊制備技術難以在內部澆筑出具有空洞結構的巖溶模型，這使得對巖溶地基內部應力分布和變形機制的研究受到限制，難以真實反映巖溶地基的實際情況。
3、因此，需要開發一種能夠在模型試塊內部澆筑出模擬巖溶孔洞的裝置，以便更準確地模擬巖溶地基的力學表現。
技術實現思路
1、鑒于以上所述現有技術的缺點，本專利技術的目的在于提供巖溶地基模型試塊制備裝置和試驗方法，用于解決現有技術中傳統的模型試塊制備技術難以在內部澆筑出具有空洞結構的巖溶模型的問題。
2、為實現上述目的及其他相關目的，本專利技術提供巖溶地基模型試塊制備裝置和試驗方法。
3、其中，巖溶地基模型試塊制備裝置，包括頂部開口的模型框和設置于所述模型框外周的加固結構；
4、還包括腔體預留裝置，所述腔體預留裝置位于模型框內部且不與模型框的壁面接觸，所述模型框中澆筑巖體相似材料形成巖溶地基模型試塊，澆筑完成后，預留裝置在所述巖溶地基模型試塊內形成弧形頂面的腔體。
>5、可選地，所述巖體相似材料的干料質量配比為：80%的砂、5%的水泥、15%的石膏粉；6、攪拌混合時，還需加入石膏緩凝劑和水，其中石膏緩凝劑的用量為石膏粉質量的0.3%，水的用量按照水固比1：7確定。
7、可選地，所述腔體預留裝置包括球形泡沫塊和導管，所述導管連接所述球形泡沫塊和所述模型框外部；
8、澆筑時，所述球形泡沫塊和導管澆筑于所述巖溶地基模型試塊內；
9、澆筑完成后，從所述導管注入汽油，所述球形泡沫塊在汽油的作用下溶解，在所述巖溶地基模型試塊內形成弧形頂面的腔體。
10、可選地，所述腔體預留裝置包括底座、第一球殼和第二球殼；
11、所述底座設置有開口向上的球面腔體，所述第一球殼和第二球殼外表面與所述球面腔體的內表面接觸且滑動配合，所述第一球殼和第二球殼對向設置在所述球面腔體的兩側，并由收張機構控制對向或反向滑動；
12、所述第一球殼和第二球殼對向滑動且端面貼合時，第一球殼和第二球殼與所述底座連接成球形；
13、所述第一球殼和第二球殼反向滑動時可收入所述底座內，所述底座上側形成弧形頂面的腔體。
14、可選地，所述收張機構包括力臂和驅動器；
15、所述底座內底面上設置有兩個支撐座，兩個所述支撐座朝向底座球面腔體的中心，兩個所述支撐座上各轉動設置有一根驅動軸，定義為第一軸和第二軸；
16、所述第一球殼和第二球殼的底部各有一個力臂，兩個所述力臂分別固定連接到所述第一軸和第二軸；
17、兩個所述力臂與所述驅動軸連接一側的相對面均設置有齒盤；
18、所述驅動器也設置在所述底座內底面上且位于兩個所述支撐座之間，所述驅動器的輸出軸朝向所述底座球面腔體的中心，所述驅動器的輸出軸上設置有齒輪，所述齒輪同時與兩個所述齒盤嚙合。
19、可選地，所述第一球殼和/或所述第二球殼包括弧片體和弧條體；
20、所述弧片體為與所述底座接觸且滑動配合部分；
21、所述弧條體為條狀弧形，多個所述弧條體的一端固定連接于所述弧片體內側，另一端根據所述弧片體的弧面彎曲延伸，多個所述弧條體間隔設置；
22、所述弧條體的外側弧面半徑小于第一球殼和第二球殼的內側弧面半徑；
23、當所述第一球殼和第二球殼均設置弧條體時，所述第一球殼和第二球殼上的弧條體相互錯開；
24、當所述第一球殼和第二球殼對向滑動且弧片體端面貼合時，各自的弧條體分別插入對方的弧片體內側；
25、當所述第一球殼和第二球殼反向滑動將弧片體收入底座時，各自的弧條體分別位于對方的弧條體間隙內。
26、可選地，所述弧條體上設置有朝向弧面外側的槽，槽內間隔設置有多組位移測量單元；
27、所述位移測量單元的探針朝向弧面外側，所述位移測量單元的底部和弧條體的槽底部之間通過柔性升降結構連接。
28、可選地，所述柔性升降結構為鋪設于所述弧條體槽底部的弧形條狀氣囊，氣囊加壓時在所述弧條體槽內膨脹形成升降。
29、可選地，所述底座球面腔體的腔口一圈連接有柔性罩，所述柔性罩與所述底座連接成球形，內部可充入氣體保持形狀，第一球殼和第二球殼被所述柔性罩包覆。
30、可選地，巖溶地基模型試塊試驗方法，采用如上所述的巖溶地基模型試塊制備裝置，包括以下步驟：
31、澆筑：在模型框內裝填入攪拌好的巖體相似材料到預設高度，讓所述腔體預留裝置的第一球殼和第二球殼對向滑動且端面貼合整體形成球形并放入模型框內，繼續裝入巖體相似材料將所述腔體預留裝置預埋到巖溶地基模型試塊內，在腔體預留裝置的上方巖體相似材料內預埋應變片，腔體預留裝置和應變片配套的電線或氣管引出到外部，拍打夯實澆注體，澆筑完成1天后進行拆模，并養護14天得到模型試塊；
32、準備：腔體預留裝置的第一球殼和第二球殼反向滑動將弧片體收入底座時，同時弧條體進入腔體頂面，氣囊加壓膨脹，抬高弧條體上槽內位移測量單元的高度，待各個位移測量單元均有讀數變化后，各個位移測量單元的探針已與模型試塊內弧形頂面的腔體壁面抵接，停止加壓并清零位移測量單元的的讀數；在模型試塊四周設置限位板，在腔體預留裝置上方的模型試塊表面放置承壓板和墊塊，承壓板四周設置位移計監測地表沉降，承壓板與墊塊之間設置壓力傳感器監測載荷；
33、試驗：使用加載機向墊塊施加載荷，同時讀取并存儲監測和測量單元的數據。
34、如上所述，本專利技術的巖溶地基模型試塊制備裝置和試驗方法，至少具有以下有益效果：
35、通過腔體預留裝置，在模型試塊內部構建了模擬巖溶孔洞的腔體空間，有效解決了傳統制備技術難以在內部形成空洞結構的問題。該裝置確保了試塊澆筑過程中的穩定性，保證腔體形狀和尺寸，提高了模型試塊對真實巖溶地基的模擬精度。此外，結合應變片和位移傳感器的設置，能夠實時監測加載過程中腔體溶洞的應變和頂部地表沉降等情況，為深入研究巖溶地基失穩模式及其失穩過程提供了有力支持。
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【技術保護點】
1.巖溶地基模型試塊（4）制備裝置，包括頂部開口的模型框（1）和設置于所述模型框（1）外周的加固結構（2），其特征在于：
2.如權利要求1所述的巖溶地基模型試塊（4）制備裝置，其特征在于：
3.如權利要求1所述的巖溶地基模型試塊（4）制備裝置，其特征在于：
4.如權利要求1所述的巖溶地基模型試塊（4）制備裝置，其特征在于：
5.如權利要求4所述的巖溶地基模型試塊（4）制備裝置，其特征在于：
6.如權利要求4所述的巖溶地基模型試塊（4）制備裝置，其特征在于：
7.如權利要求6所述的巖溶地基模型試塊（4）制備裝置，其特征在于：
8.如權利要求7所述的巖溶地基模型試塊（4）制備裝置，其特征在于：
9.如權利要求4所述的巖溶地基模型試塊（4）制備裝置，其特征在于：
10.巖溶地基模型試塊（4）試驗方法，其特征在于，采用如權利要求8所述的巖溶地基模型試塊（4）制備裝置，包括以下步驟：
【技術特征摘要】
1.巖溶地基模型試塊（4）制備裝置，包括頂部開口的模型框（1）和設置于所述模型框（1）外周的加固結構（2），其特征在于：
2.如權利要求1所述的巖溶地基模型試塊（4）制備裝置，其特征在于：
3.如權利要求1所述的巖溶地基模型試塊（4）制備裝置，其特征在于：
4.如權利要求1所述的巖溶地基模型試塊（4）制備裝置，其特征在于：
5.如權利要求4所述的巖溶地基模型試塊（4）制備裝置，其特征在于：
【專利技術屬性】
技術研發人員：許漢華，劉文連，眭素剛，李澤，王宇，李景瑞，高旭波，李艷林，俞縉，程先鋒，張連凱，陳偉海，王幫團，孔秋平，徐鵬飛，
申請(專利權)人：中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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