1.一种承压含水层流固耦合相似模拟实验方法,其特征在于,在铺设相似模拟覆岩层的过程中,在相似模拟覆岩层内制作承压含水层,使得承压含水层位于相似模拟覆岩层内试验设定的位置;承压含水层包括内层储水带(0-17)、外层密封带(0-16)和注水管(X-3),所述外层密封带(0-16)完全包覆住所述内层储水带(0-17),所述内层储水带(0-17)含水且允许水自由通过,所述外层密封带(0-16)不允许水自由通过,所述内层储水带(0-17)和所述外层密封带(0-16)的力学强度相同或相近;所述注水管(X-3)的出水端位于所述内层储水带(0-17)内,所述注水管(X-3)的供水端穿过所述外层密封带(0-16)并引出到相似模拟试验装置外;所述注水管(X-3)的出水端管壁上开设有出水孔(X-4)。
2.根据权利要求1所述的承压含水层流固耦合相似模拟实验方法,其特征在于,所述注水管(X-3)的出水端沿所述内层储水带(0-17)的走向铺设,并且位于所述内层储水带(0-
17)的中间位置。
3.根据权利要求1所述的承压含水层流固耦合相似模拟实验方法,其特征在于,相邻所述出水孔(X-4)的间距为等间距,自所述注水管(X-3)的供水端至所述注水管(X-3)的出水端端头的方向上:所述注水管(X-3)的出水端管壁上开设的出水孔(X-4)孔径逐渐增大,消除水的摩擦阻力,使得水能够均匀注入所述内层储水带(0-17)的各个部位。
4.根据权利要求1所述的承压含水层流固耦合相似模拟实验方法,其特征在于,所述内层储水带(0-17)利用含水相似材料制作而成;所述外层密封带(0-16)利用隔水相似材料制作而成。
5.根据权利要求1所述的承压含水层流固耦合相似模拟实验方法,其特征在于,所述含水相似材料包含有沙子、碳酸钙、石膏和水;所述隔水相似材料包含有沙子、碳酸钙、石膏、隔水剂和水,所述隔水剂可以为石蜡和/或凡士林、也可以为中性硅酮耐候胶、聚醋酸乙烯乳液和sbs胶结剂中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的承压含水层流固耦合相似模拟实验方法,其特征在于,当相似模拟覆岩层铺设到试验设定的承压含水层位置底部时,采取如下步骤制作承压含水层:(a)在试验设定区域的相似模拟覆岩层上铺设所述外层密封带(0-16)的下密封带(X-
5);
(b)将承压含水层铺设部件(0-10)放置在所述下密封带(X-5)上,所述承压含水层铺设部件(0-10)的底部和顶部均为敞口结构,所述承压含水层铺设部件(0-10)的四周封闭,并且所述承压含水层铺设部件(0-10)的侧壁上具有供所述注水管(X-3)的供水端引出的注水管豁口(0-15);
(c)在所述承压含水层铺设部件(0-10)的四周继续铺设相似模拟覆岩层直至与所述承压含水层铺设部件(0-10)的顶部端面平齐;
(d)通过所述承压含水层铺设部件(0-10)顶部敞口在所述承压含水层铺设部件(0-10)内铺设所述内层储水带(0-17),直至所述内层储水带(0-17)与所述承压含水层铺设部件(0-10)的顶部端面平齐,并在铺设所述内层储水带(0-17)的过程中将所述注水管(X-3)的供水端预置于所述内层储水带(0-17)内;
(e)所述内层储水带(0-17)铺设完毕后,取出所述承压含水层铺设部件(0-10),并在取出所述承压含水层铺设部件(0-10)后形成的空间内铺设所述外层密封带(0-16)的周向封带(X-6);
(f)待所述周向封带(X-6)铺设完毕后,在所述周向封带(X-6)和所述内层储水带(0-
17)的上方铺设所述外层密封带(0-16)的顶部密封带(X-7)。
7.根据权利要求1所述的承压含水层流固耦合相似模拟实验方法,其特征在于,包括如下步骤:
(A)制作具有相似模拟空间(7)的相似模拟实验装置,并且所述相似模拟空间(7)的纵向高度能够根据相似模拟试验的需要逐渐升高或降低;
(B)从下至上在相似模拟空间(7)内铺设相似模拟覆岩层,对于具有断层破碎带的地质条件进行相似模拟要在相邻两个断层之间预埋断层过渡带隔板,所述断层过渡带隔板的厚度等于两个断层之间的断层过渡带的厚度,并且所述断层过渡带隔板自下而上沿断层过渡带的走向铺设;
(C)当相似模拟覆岩层铺设到试验设定的承压含水层位置底部时,制作承压含水层;
(D)当相似模拟覆岩层铺设到试验设定的传感器预埋位置时,在相似模拟覆岩层内埋入对应的传感器,并将传感器的连接线引出到相似模拟空间(7)外面;
(E)当相似模拟覆岩层铺设完毕后,对于具有断层破碎带的地质条件进行相似模拟,要从相似模拟实验装置的一侧且由下及上,逐块取出所述断层过渡带隔板,每当取出一块所述断层过渡带隔板后,在这块断层过渡带隔板取出后留下的空间内填充断层过渡带相似材料,直至取出所有断层过渡带隔板且断层过渡带充填完毕;
(F)通过所述相似模拟实验装置的流体供给设备(0-9)向所述注水管(X-3)的供水端供给流体,观察实验现象并记录试验结果。
8.根据权利要求7所述的承压含水层流固耦合相似模拟实验方法,其特征在于,在步骤(A)中,相似模拟实验装置包括:底座(1)、左立架(2)、右立架(3)、横梁(4)和分体式侧护板(5),所述左立架(2)和所述右立架(3)分别安装在所述底座(1)的左右两侧,所述横梁(4)的两端分别安装在所述左立架(2)和所述右立架(3)的上端,所述分体式侧护板(5)的两端分别与所述左立架(2)和所述右立架(3)可拆卸连接,前面的所述分体式侧护板(5)、后面的所述分体式侧护板(5)、所述左立架(2)、所述右立架(3)和所述底座(1)围成相似模拟空间(7);所述左立架(2)和所述右立架(3)均安装有螺栓(0-1)、螺母(0-2)、垫片(0-3)和压紧部件(0-4);在所述左立架(2)上:所述螺栓(0-1)的一端依次穿过所述左立架(2)上的通孔、所述压紧部件(0-4)上的通孔、所述垫片(0-3)和所述螺母(0-2)并将所述分体式侧护板(5)的一端压紧在所述压紧部件(0-4)与所述左立架(2)之间;在所述右立架(3)上:所述螺栓(0-
1)的一端依次穿过所述右立架(3)上的通孔、所述压紧部件(0-4)上的通孔、所述垫片(0-3)和所述螺母(0-2)并将所述分体式侧护板(5)的一端压紧在所述压紧部件(0-4)与所述右立架(3)之间;所述分体式侧护板(5)、所述左立架(2)和所述右立架(3)均为槽钢,并且所述分体式侧护板(5)、所述左立架(2)和所述右立架(3)的槽口均朝外;在所述左立架(2)上:所述螺栓(0-1)的一端依次穿过所述左立架(2)槽钢槽壁(0-5)上的通孔、所述压紧部件(0-4)上的通孔、所述垫片(0-3)和所述螺母(0-2)并将所述分体式侧护板(5)槽钢槽底(0-6)的一端压紧在所述压紧部件(0-4)与所述左立架(2)之间;在所述右立架(3)上:所述螺栓(0-1)的一端依次穿过所述右立架(3)槽钢槽壁(0-5)上的通孔、所述压紧部件(0-4)上的通孔、所述垫片(0-3)和所述螺母(0-2)并将所述分体式侧护板(5)槽钢槽底(0-6)的一端压紧在所述压紧部件(0-4)与所述右立架(3)之间;上下相邻的所述分体式侧护板(5)槽钢槽壁(0-5)上下正对;所述左立架(2)槽钢槽底(0-6)和/或所述右立架(3)槽钢槽底(0-6)上固定安装有流体导通管(0-7),所述流体导通管(0-7)一端固定安装在槽钢槽底(0-6)内并与槽钢槽底(0-6)的外表面平齐,所述流体导通管(0-7)的另一端上具有外螺纹;所述压紧部件(0-4)为L形角钢,并且所述L形角钢上通孔为长孔(0-8);还包括流体供给设备(0-9)和承压含水层铺设部件(0-10);所述流体供给设备(0-9)的流体出口与所述相似模拟空间(7)流体导通,所述承压含水层铺设部件(0-10)位于所述相似模拟空间(7)内;所述承压含水层铺设部件(0-10)包括左立板(0-11)、右立板(0-12)、前立板(0-13)和后立板(0-14),所述左立板(0-
11)和所述右立板(0-12)分别固定安装在所述前立板(0-13)和所述后立板(0-14)之间,所述左立板(0-11)位于所述前立板(0-13)和所述后立板(0-14)的左端且所述左立板(0-11)的外板面与所述前立板(0-13)和所述后立板(0-14)的左端面平齐,所述右立板(0-12)位于所述前立板(0-13)和所述后立板(0-14)的右端且所述右立板(0-12)的外板面与所述前立板(0-13)和所述后立板(0-14)的右端面平齐;所述左立板(0-11)、所述右立板(0-12)、所述前立板(0-13)和所述后立板(0-14)的底部为外层密封带(0-16),所述左立板(0-11)、所述右立板(0-12)、所述前立板(0-13)和所述后立板(0-14)围成的空间内为内层储水带(0-
17),所述左立板(0-11)或所述右立板(0-12)的底部边沿上开设有注水管豁口(0-15);在所述承压含水层铺设部件(0-10)从所述相似模拟空间(7)取出后:所述承压含水层铺设部件(0-10)形成空间内填充外层密封带(0-16),并且所述内层储水带(0-17)的上方铺设有外层密封带(0-16)。
9.根据权利要求7所述的承压含水层流固耦合相似模拟实验方法,其特征在于,在步骤(B)中,还包括用于将所述断层破碎带隔板(6)压紧在相似模拟空间内的隔板压紧机构,所述隔板压紧机构包括压紧面板(0-18)、U形压紧部件(0-19)、压紧片(0-22)和压紧螺栓(0-
20),所述压紧面板(0-18)的下板面压在所述断层破碎带隔板(6)的顶部,所述U形压紧部件(0-19)的其中一个臂与所述分体式侧护板(5)可拆卸连接,所述压紧螺栓(0-20)的一端穿过所述U形压紧部件(0-19)的另一个臂上的施压螺母(0-21)并与所述压紧片(0-22)螺纹连接,所述压紧螺栓(0-20)与所述施压螺母(0-21)螺纹连接,转动所述压紧螺栓(0-20)使得所述压紧片(0-22)抵顶在所述压紧面板(0-18)的上板面上;所述断层破碎带隔板(6)包括分体式断层破碎带隔板,所述分体式断层破碎带隔板位于相似模拟空间(7)内且将所述相似模拟空间(7)分隔成下盘相似模拟空间和上盘相似模拟空间;所述分体式断层破碎带隔板(6)由若干个隔板单元拼接而成,每个隔板单元包括第一隔板(8)、第二隔板(9)、咬合部件(11)和支撑部件,所述支撑部件位于所述第一隔板(8)和所述第二隔板(9)之间并且保持所述第一隔板(8)和所述第二隔板(9)之间的距离固定不变,所述咬合部件(11)的两个相对侧边分别位于相邻的两个所述隔板单元上的咬合槽(11-1)内;所述第一隔板(8)和所述第二隔板(9)的板面大小相等且形状相同;在外力作用下:相邻所述分体式断层破碎带隔板(6)沿所述咬合槽(11-1)相对滑动;
所述咬合槽(11-1)沿垂直于所述第一隔板(8)板面或所述第二隔板(9)板面方向的宽度等于所述咬合部件(11)的厚度;相邻两个所述隔板单元的所述第一隔板(8)相邻端面正对且相互贴合,并且相邻两个所述隔板单元的所述第二隔板(9)相邻端面正对且相互贴合;
所述支撑部件为支撑条(10),所述支撑条(10)的两个侧面分别与所述第一隔板(8)和所述第二隔板(9)固定连接;
所述支撑部件包括独立支撑螺栓(12)和调节螺母(13),所述调节螺母(13)固定安装在所述第一隔板(8)和所述第二隔板(9)二者中的任意一个的内板面上、所述第一隔板(8)和所述第二隔板(9)二者中的另一个的内板面上开设有盲孔(13-1);所述独立支撑螺栓(12)的一端与所述调节螺母(13)螺纹连接,所述独立支撑螺栓(12)的另一端位于所述盲孔(13-
1)内;
所述支撑部件包括组合支撑螺栓,所述组合支撑螺栓由相互配合的第一支撑螺栓(15)和第二支撑螺栓(16)组成,所述第一支撑螺栓(15)的第一端上具有外螺纹,所述第二支撑螺栓(16)的第一端上具有内螺纹,所述第一支撑螺栓(15)的第一端与所述第二支撑螺栓(16)的第一端螺纹连接,所述第一隔板(8)和所述第二隔板(9)的内板面上分别开设有一个盲孔(13-1);所述第一支撑螺栓(15)的第二端位于所述第一隔板(8)的内板面上的盲孔(13-1)内,所述第二支撑螺栓(16)的第二端位于所述第二隔板(9)的内板面上的盲孔(13-
1)内;
所述支撑部件还包括支撑条单元(14),所述支撑条单元(14)上开设有通孔(14-1);所述独立支撑螺栓(12)的一端与所述螺母(13)螺纹连接,所述独立支撑螺栓(12)的另一端穿过所述支撑条单元(14)上的通孔(14-1)伸入到所述盲孔(13-1)内;所述第一支撑螺栓(15)的第二端穿过所述支撑条单元(14)上的通孔(14-1)伸入到所述盲孔(13-1)内,所述第二支撑螺栓(16)的第二端穿过所述支撑条单元(14)上的通孔(14-1)伸入到所述盲孔(13-1)内;
所述第一隔板(8)和所述第二隔板(9)均由母隔板(17)和公隔板(18)组合而成,所述母隔板(17)上开设有插槽(19),所述公隔板(18)具有与所述插槽(19)相适配的插接板(20);
所述插槽(19)与断层接触的外侧壁及与此外侧壁相对的内侧壁上分别固定安装有紧固螺母(22),或者所述插槽(19)与相邻隔板单元相邻的两个相对侧壁上分别固定安装有紧固螺母(22);紧固螺栓(23)穿过所述紧固螺母(22)并抵顶在所述插接板(20)的板面或侧立面上,使得所述母隔板(17)和所述公隔板(18)相对固定不动;所述插槽(19)与断层接触的外侧壁以及从所述插槽(19)抽出来的插接板(20)构成插板单元与断层接触的工作面;所述插槽(19)与断层接触的外侧壁厚度小于或等于5mm;
所述第一隔板(8)和所述第二隔板(9)均由第一L形隔板(24)和第二L形隔板(25)组成,所述第一L形隔板(24)包括隔板基体(241)和隔板厚工作板(242),所述第二L形隔板(25)包括隔板基体(241)和隔板薄工作板(251),所述隔板薄工作板(251)或所述隔板厚工作板(242)远离所述隔板基体(241)的边沿上固定安装有紧固螺母(22),所述隔板薄工作板(251)或所述隔板厚工作板(242)上开设有贯通所述隔板薄工作板(251)或所述隔板厚工作板(242)的调节槽(21),紧固螺栓(23)的一端穿过调节槽(21)并与所述紧固螺母(22)螺纹连接,使得所述第一L形隔板(24)和所述第二L形隔板(25)相对固定;所述隔板薄工作板(251)的厚度小于或等于5mm;
所述隔板机构还包括用于将所述分体式断层破碎带隔板(6)压紧在相似模拟空间内的隔板压紧机构,所述隔板压紧机构包括压紧面板(0-18)、U形压紧部件(0-19)、压紧片(0-
22)和压紧螺栓(0-20),所述压紧面板(0-18)的下板面压在所述断层破碎带隔板(6)的顶部,所述U形压紧部件(0-19)的其中一个臂与所述分体式侧护板(5)可拆卸连接,所述压紧螺栓(0-20)的一端穿过所述U形压紧部件(0-19)的另一个臂上的施压螺母(0-21)并与所述压紧片(0-22)螺纹连接,所述压紧螺栓(0-20)与所述施压螺母(0-21)螺纹连接,转动所述压紧螺栓(0-20)使得所述压紧片(0-22)抵顶在所述压紧面板(0-18)的上板面上;最下层的隔板单元抵顶在相似模拟空间底部,最上层的隔板单元抵顶在所述压紧面板(0-18)的下板面上。
10.根据权利要求7所述的承压含水层流固耦合相似模拟实验方法,其特征在于,在步骤(C)中,制作承压含水层的具体步骤如下:(a)在试验设定区域的相似模拟覆岩层上铺设所述外层密封带(0-16)的下密封带(X-5);
(b)将承压含水层铺设部件(0-10)放置在所述下密封带(X-5)上,所述承压含水层铺设部件(0-10)的底部和顶部均为敞口结构,所述承压含水层铺设部件(0-10)的四周封闭,并且所述承压含水层铺设部件(0-10)的侧壁上具有供所述注水管(X-3)的供水端引出的注水管豁口(0-15);
(c)在所述承压含水层铺设部件(0-10)的四周继续铺设相似模拟覆岩层直至与所述承压含水层铺设部件(0-10)的顶部端面平齐;
(d)通过所述承压含水层铺设部件(0-10)顶部敞口在所述承压含水层铺设部件(0-10)内铺设所述内层储水带(0-17),直至所述内层储水带(0-17)与所述承压含水层铺设部件(0-10)的顶部端面平齐,并在铺设所述内层储水带(0-17)的过程中将所述注水管(X-3)的供水端预置于所述内层储水带(0-17)内;
(e)所述内层储水带(0-17)铺设完毕后,取出所述承压含水层铺设部件(0-10),并在取出所述承压含水层铺设部件(0-10)后形成的空间内铺设所述外层密封带(0-16)的周向封带(X-6);
(f)待所述周向封带(X-6)铺设完毕后,在所述周向封带(X-6)和所述内层储水带(0-
17)的上方铺设所述外层密封带(0-16)的顶部密封带(X-7)。