1.一种模拟岩溶地面塌陷形成与演化的实验装置,其特征为:包括模拟箱体、水流控制装置、降雨模拟装置、数据收集装置、计算机,所述的模拟箱体内的下部通过填料构成岩体,在模拟箱体的上部通过填充土体构成土层,在岩体内设有若干不规则形状的盐腔,所述的模拟箱体的左右端分别设有水流控制装置,所述的水流控制装置用以在土层形成含水层并模拟地下水的流动,在模拟箱体的上方设有降雨模拟装置,所述的模拟箱体的上方及外壁设有数据收集装置,所述的数据收集装置用以采集位移信息、塌陷过程、应力变化及三维地形数据,所述的数据收集装置通过数据线与计算机连接,所述的计算机针对采集的数据信息分析岩溶地面塌陷形成与演化的规律;
所述的模拟箱体为上端敞口的立方体形壳体,所述的壳体由透明亚克力玻璃材料制成,所述的盐腔为岩体内通过填满NaCl晶体构成的腔室;所述的模拟箱体外设有供水水箱,所述的水流控制装置、降雨模拟装置分别与供水水箱连接;
所述的水流控制装置包括固定设于模拟箱体左右端顶部的第一溢流水槽、第二溢流水槽,所述的第一溢流水槽、第二溢流水槽的底端分别通过第一进水管、第二进水管与供水水箱连接,所述的第一进水管、第二进水管上分别设有第一水泵、第二水泵,所述的第一溢流水槽、第二溢流水槽远离模拟箱体的一端上部分别通过第一溢流管、第二溢流管与供水水箱连接,所述的第一溢流水槽、第二溢流水槽朝向模拟箱体的一端分别通过贯通模拟箱体侧壁的漏水孔与土层连接;
所述的第一溢流水槽上端还设有水位波动装置,所述的水位波动装置与第一溢流水槽配合使用;
所述的模拟箱体上方通过支架固定连接有横梁,所述的降雨模拟装置包括固定连接于横梁底部的若干喷头,所述的喷头通过第三进水管与供水水箱连接,所述的第三进水管上分别设有第三水泵及流量控制阀门;
所述的水位波动装置包括拍水板、电动伸缩杆,所述的拍水板的顶部连接有手柄,所述的手柄顶端与横梁铰接,所述的电动伸缩杆的两端分别与手柄及横梁铰接,所述的拍水板延伸入第一溢流水槽内,通过拍水板的来回移动模拟水位拨动。
2.如权利要求1所述的一种模拟岩溶地面塌陷形成与演化的实验装置,其特征为:所述的漏水孔处设有金属滤网,第二溢流水槽处的漏水孔低于第一溢流水槽的漏水孔,以形成水头差,模拟地下水的流动。
3.如权利要求2所述的一种模拟岩溶地面塌陷形成与演化的实验装置,其特征为:所述的数据收集装置包括应力监测装置、位移监测装置和三维地形扫描仪,所述的模拟箱体的前壁所在土层表面成矩阵排布有若干应力测点,所述的应力监测装置包括设于应力测点处的应力监测探头,所述的应力监测探头通过数据线与计算机信号连接,所述的模拟箱体的前壁内表面所在土层表面的位置还成矩阵排布有若干位移测点,所述的位移监测装置包括摄影测量相机,所述的摄影测量相机与模拟箱体的前端相对,并用以拍摄位移测点处的位移信息,所述的摄影测量相机通过数据线与计算机信号连接,所述的三维地形扫描仪固定连接于横梁底部,并用以采集土层表面的塌陷形成过程的信息。
4.如权利要求3所述的一种模拟岩溶地面塌陷形成与演化的实验装置,其特征为:所述的摄影测量相机拍摄模拟箱体的正面图片,所述的图片导入计算机后经测量软件计算所有位移测点移动变形值。
5.如权利要求4所述的一种模拟岩溶地面塌陷形成与演化的实验装置的使用方法,其特征为,包括如下步骤:
(1)、实验前准备工作,将一种模拟岩溶地面塌陷形成与演化的实验装置准备就绪,保证实验装置的各部件完好可用;
(2)、打开数据收集装置中的各个设备,打开第一水泵和第二水泵开始供水,打开水位波动装置,调节地下水水位变化,盐腔内的NaCl晶体在水流的影响下逐渐溶解,形成空洞并变大,模拟溶洞的发展过程;
(3)、打开第三水泵,开始模拟降雨,调节流量控制阀门改变降雨强度,用来分析降雨对岩溶地面塌陷形成与演化的影响;
(4)、直至盐腔内NaCl晶体完全溶解,土层不再发生塌陷,应力数据和位移数据保持稳定,停止实验;
(5)、计算机利用数据收集装置获取的的应力、位移监测数据、三维地形扫描仪数据以及摄影录像记录,分析各数据变化规律,地形塌陷演化过程,揭示岩溶地面塌陷形成与演化过程。