本發(fā)明涉及溶洞處理，具體為一種測量不同粗糙度溶洞頂板巖石溶蝕率的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、巖溶塌陷作為一種具有嚴(yán)重破壞性的地質(zhì)災(zāi)害，在巖溶地區(qū)對各類基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成了巨大威脅。無論是工業(yè)建筑、民用建筑、交通線路、礦產(chǎn)資源開發(fā)，還是水利工程，都可能因巖溶塌陷而遭受重創(chuàng)。這種災(zāi)害不僅直接破壞設(shè)施，還可能進(jìn)一步導(dǎo)致水土流失和環(huán)境惡化，對社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展形成重大障礙。

2、關(guān)于巖溶塌陷的成因，一般認(rèn)為主要分為兩類：覆蓋層土體漏失塌陷和溶洞頂板斷裂塌陷。其中，溶洞頂板斷裂塌陷因其隱蔽性和突發(fā)性強(qiáng)，破壞性極大而備受關(guān)注。溶洞頂板作為支撐上方地層載荷的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)層，其厚度變化是決定巖溶是否會發(fā)生塌陷的關(guān)鍵因素。隨著溶洞頂板不斷受到溶蝕作用，其厚度逐漸減小，強(qiáng)度和穩(wěn)定性也隨之降低，進(jìn)而影響到其承載能力。當(dāng)這一承載能力不足以支撐上方地層的載荷時，塌陷便會發(fā)生。

3、值得注意的是，不同粗糙度的巖溶溶洞頂板，其溶蝕速率存在差異。因此，準(zhǔn)確測量不同粗糙度溶洞頂板厚度的變化速率，對于深入研究巖溶塌陷機(jī)制具有重要意義，然而，現(xiàn)有的測量手段在應(yīng)對這一挑戰(zhàn)時仍顯得力不從心，難以提供精確的數(shù)據(jù)支持。

4、為此，本發(fā)明提出一種測量不同粗糙度溶洞頂板巖石溶蝕率的裝置及方法來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種測量不同粗糙度溶洞頂板巖石溶蝕率的裝置及方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種測量不同粗糙度溶洞頂板巖石溶蝕率的裝置，其特征在于：所述測量不同粗糙度溶洞頂板巖石溶蝕率的裝置包括：試驗(yàn)箱、水樣檢測裝置、補(bǔ)液筒、第一水泵、第二水泵、控制閥、恒溫水池、補(bǔ)液罐和儀表控制箱，試驗(yàn)箱、水樣檢測裝置、補(bǔ)液筒、第一水泵、第二水泵、控制閥、恒溫水池和補(bǔ)液罐通過管道進(jìn)行連接。

3、優(yōu)選的，所述第二水泵位于試驗(yàn)箱和恒溫水箱之間，控制閥位于試驗(yàn)箱和補(bǔ)液筒之間，第一水泵位于水樣檢測裝置和恒溫水池之間，第一水泵、補(bǔ)液筒、第二水泵、控制閥均和儀表控制箱電性連接，水樣檢測裝置固定在儀表控制箱背面并與儀表控制箱電性連接。

4、優(yōu)選的，所述試驗(yàn)箱內(nèi)部開設(shè)有安置腔，安置腔的底部設(shè)置有底板，試驗(yàn)箱和底板均為亞克力板材質(zhì)，試驗(yàn)箱和底板通過膠結(jié)連接，試驗(yàn)箱的兩端開設(shè)有管口便于和管道進(jìn)行連接，管道和安置腔相通，安置腔中通過膠結(jié)設(shè)置有試驗(yàn)巖塊，試驗(yàn)巖塊靠近安置腔的頂部設(shè)置。

5、優(yōu)選的，所述試驗(yàn)箱的上表面開設(shè)有凹槽，凹槽呈內(nèi)外嵌套的雙環(huán)形，形狀類似于“回”字，試驗(yàn)箱上設(shè)置有蓋板，蓋板的下表面設(shè)置有凸板，凸板插入凹槽內(nèi)部，蓋板和試驗(yàn)箱表面接觸并抵緊，試驗(yàn)箱的兩側(cè)表面均勻固定有四組側(cè)框，側(cè)框表面開設(shè)有插槽，蓋板下表面固定有四組均勻分布的插板，插板插入插槽內(nèi)并通過螺栓進(jìn)行連接，蓋板的上表面兩側(cè)分別固定有兩組外延板，外延板呈“l(fā)”型，兩組外延板的底部內(nèi)側(cè)固定有握把，握把的表面鋪設(shè)有若干個等距線性分布的橡膠圈。

6、優(yōu)選的，所述試驗(yàn)箱底部四端處均固定有撐架，撐架底部固定有底座，底座呈圓盤狀，相距較遠(yuǎn)的兩組撐架之間固定有斜撐板，斜撐板呈“x”型，四組撐架之間固定有內(nèi)框，內(nèi)框位于試驗(yàn)箱的下方，內(nèi)框的兩側(cè)內(nèi)壁均開設(shè)有滾珠槽，內(nèi)框的內(nèi)部固定有兩組導(dǎo)桿，兩組導(dǎo)桿關(guān)于內(nèi)框的中軸線對稱分布，內(nèi)框的兩側(cè)設(shè)置有銜接板，銜接板的表面開設(shè)有擋槽，內(nèi)框兩端嵌入擋槽中，內(nèi)框和銜接板通過螺栓進(jìn)行連接，銜接板的上方固定有兩組頂塊，頂塊的截面呈三角形，頂塊和內(nèi)框表面接觸并抵緊。

7、優(yōu)選的，所述銜接板的表面上固定有扶框，扶框套在電機(jī)上，兩組銜接板之間設(shè)有螺紋桿，螺紋桿位于內(nèi)框的中軸線上，螺紋桿的兩端分別轉(zhuǎn)動連接于兩組銜接板，電機(jī)的輸出端固定連接于螺紋桿，內(nèi)框內(nèi)部設(shè)有移動座，移動座的兩端設(shè)有活動滾珠，活動滾珠和滾珠槽滾動連接。

8、優(yōu)選的，所述移動座的表面開設(shè)有一組螺紋孔和兩組導(dǎo)孔，螺紋孔位于移動座的中軸線上，兩組導(dǎo)孔關(guān)于螺紋孔對稱分布，螺紋孔和螺紋桿為螺紋適配，導(dǎo)孔的內(nèi)壁和導(dǎo)桿的外壁為滑動連接，移動座上表面設(shè)有若干個等距線性分布的激光探頭，激光探頭位于底板的正下方，電機(jī)、激光探頭均和儀表控制箱電性連接。

9、優(yōu)選的，所述恒溫水池上安裝有加熱器、水位感應(yīng)器和溫度感應(yīng)器，恒溫水池的內(nèi)部設(shè)置有加熱管，加熱管位于恒溫水池的底部，加熱管和加熱器相連，加熱器、水位感應(yīng)器、溫度感應(yīng)器均和儀表控制箱電性連接。

10、優(yōu)選的，所述補(bǔ)液筒的上方設(shè)置有投料蓋，投料蓋的表面開設(shè)有若干個投料口，補(bǔ)液筒內(nèi)部設(shè)有液位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、補(bǔ)液泵、補(bǔ)液閥、控制器、泄壓閥和過濾器，液位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、補(bǔ)液泵、補(bǔ)液閥、泄壓閥、過濾器均和控制器為電性連接，控制器和儀表控制箱電性連接，儀表控制箱的表面設(shè)有控制面板，控制面板表面設(shè)有顯示屏和控制按鈕。

11、一種測量不同粗糙度溶洞頂板巖石溶蝕率的裝置的方法，所述包括以下步驟：

12、s1：試塊準(zhǔn)備：基于地質(zhì)勘察資料，運(yùn)用地球物理勘探技術(shù)定位地下溶洞，精確選定打孔點(diǎn)。隨后，鉆取溶洞頂板巖芯，并抽取溶洞水進(jìn)行存儲，在實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，將巖芯加工成多種粗糙度的試驗(yàn)巖塊以供研究；

13、s2：水質(zhì)檢測：對抽取的地下溶洞水進(jìn)行水質(zhì)測驗(yàn)，獲取包括ph值、飽和度、電導(dǎo)率及陰、陽離子含量等關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)；

14、s3：監(jiān)測系統(tǒng)組件：把加工完成的巖石試塊與試驗(yàn)箱進(jìn)行膠結(jié)安裝成整體，將試驗(yàn)箱、恒溫水池、第一水泵、第二水泵、儀表控制箱、補(bǔ)液筒、補(bǔ)液罐和水樣檢測裝置通過水管依次連接，其中補(bǔ)液罐與恒溫水池通過水管及感應(yīng)水閥連接，當(dāng)恒溫水池內(nèi)水位低于水位感應(yīng)器時，感應(yīng)水閥自動打開向恒溫水池內(nèi)補(bǔ)水；

15、s4：補(bǔ)液裝置加料：當(dāng)溶液流經(jīng)至水樣檢測裝置時，水樣檢測裝置會根據(jù)水樣檢測中的離子成分，并結(jié)合研究所發(fā)現(xiàn)的地下水中，對溶洞頂板巖石的化學(xué)溶蝕反應(yīng)起重要作用的化學(xué)成分或化學(xué)離子(如：ca2+、mg2+、hco3-、na+、k+、cl-、no3-等)，通過反饋至儀表控制箱，在補(bǔ)液筒中添加對應(yīng)的陰(陽)離子溶液、ph調(diào)節(jié)劑、非飽和溶液等；

16、s5：參數(shù)調(diào)節(jié)：根據(jù)當(dāng)前水質(zhì)參數(shù)來確定水質(zhì)參數(shù)對應(yīng)的預(yù)警閾值，在當(dāng)前水質(zhì)參數(shù)中的任意一者超過對應(yīng)的預(yù)警閾值的情況下，向補(bǔ)液筒輸入調(diào)節(jié)信息，使得補(bǔ)液筒對溶液進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充調(diào)節(jié)，設(shè)置電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)而設(shè)定移動座和激光探頭的滑行速度，設(shè)置溫度感應(yīng)器的溫度參數(shù)，當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)溫度時，儀表控制箱自動開啟加熱器，通過加熱罐對水體進(jìn)行加熱，直至達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后，關(guān)閉加熱器；

17、s6：設(shè)備調(diào)試：裝置安裝完畢后，進(jìn)行試水檢驗(yàn)防漏，并調(diào)試儀表控制箱，確保傳感器與執(zhí)行器運(yùn)行正常；

18、s7：監(jiān)測試驗(yàn)：完成前期準(zhǔn)備后，啟動溶洞頂板巖石溶蝕試驗(yàn)，試驗(yàn)中，移動座線性滑動，其上激光探頭實(shí)時測量并記錄巖塊至試驗(yàn)箱底距離，數(shù)據(jù)即時傳輸至儀表控制箱；

19、s8：數(shù)據(jù)處理：將探頭測得的底板到頂部巖塊的距離繪制成位移(x)-距離(h)關(guān)系圖，經(jīng)多次測量，可以記錄同一點(diǎn)不同時間的底板到頂部巖塊的距離，通過同一點(diǎn)在不同時間的距離差(δh)，除以時間間隔(δt)，得到巖塊的溶蝕率(η)，即單位時間內(nèi)該粗糙度的巖塊溶蝕厚度；

20、s9：對比試驗(yàn)：結(jié)束試驗(yàn)裝置，更換不同粗糙度的試驗(yàn)巖塊，重復(fù)上述步驟，再次進(jìn)行試驗(yàn)，得到不同粗糙度下巖塊的溶蝕率。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

22、本發(fā)明提出的一種測量不同粗糙度溶洞頂板巖石溶蝕率的裝置及方法，為解決巖溶塌陷問題提供了精確的數(shù)據(jù)支持，通過模擬溶洞環(huán)境，可以深入研究不同粗糙度溶洞頂板巖石的溶蝕速率，為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測和防治提供了科學(xué)依據(jù)，該裝置及方法具有操作簡便、測量準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)可靠等優(yōu)點(diǎn)，適用于溶洞處理技術(shù)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。