三維可視化動水注漿模型試驗系統及其試驗方法
【專利摘要】本發明公開了一種三維可視化動水注漿模型試驗系統，包括試驗臺架、注漿系統、供水水箱、接水水箱。試驗臺架由六個側壁采用模塊化螺栓連接，試驗臺架內部緊貼內壁放置鋼化玻璃箱，透過鋼化玻璃可動態觀察漿液的擴散狀態；注漿系統由空壓機、承壓筒及注漿管構成，利用空氣壓力提供穩定注漿壓力；供水水箱提供模型試驗動水環境。同時本發明還公開了所述系統的試驗方法。本發明研究了三維可視化動水注漿模型試驗系統及其試驗方法，實現了可視條件下動水環境中的注漿模擬。與前人的研究相比，該系統成功實現了可視條件下動水環境中的注漿模擬，得出的相關結論更符合工程實際。
【專利說明】三維可視化動水注漿模型試驗系統及其試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種三維可視化動水注漿模型試驗系統及其試驗方法。
【背景技術】
[0002]注漿是一種在地下工程中加固軟弱破碎圍巖及封堵地下水的有效手段，針對注漿理論我國學者開展了大量的模型試驗研究工作，但也存在一些不足，注漿模型試驗一般是在靜水或無水環境中進行的，這與實際中很多注漿工程均是在流動地下水環境中實施相矛盾，而且大多數注漿模型實驗均是在封閉環境中進行，無法直觀地觀察漿液擴散情況。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種三維可視化動水注漿模型試驗系統及其試驗方法。
[0004]為實現上述目的，本發明采用下述技術方案:
[0005]一種三維可視化動水注漿模型試驗系統，包括試驗臺架、注漿系統、供水水箱、接水水箱，試驗臺架由六個模塊化側壁通過螺栓連接組成一方形框架體,試驗臺架內部緊貼內壁放置鋼化玻璃箱，透過鋼化玻璃可動態觀察漿液的擴散狀態；所述注漿系統與預埋在鋼化玻璃箱內填料中的注漿管連通，供水水箱與試驗臺架上部直通至鋼化玻璃箱內的若干進水孔相通；鋼化玻璃箱底部設有若干自由出流孔，自由出流孔下方設有相對應的接水水箱；
[0006]所述試驗臺架的模塊化側壁通過鋼肋板鏤空焊接而成，通過鏤空部分能夠觀察鋼化玻璃水箱內漿液的擴散過程；
[0007]所述鋼化玻璃箱的上側為活動式鋼化玻璃板，便于預埋注漿管及填料，填料完成后，鋼化玻璃箱與活動式鋼化玻璃板通過玻璃膠密封。
[0008]鋼化玻璃箱的上部鋼化玻璃板上間隔預留若干進水孔，與進水孔相對的下部鋼化玻璃板上間隔預留若干自由出流孔，在鋼化玻璃箱的一個側面上預留供安裝注漿管使用的通過孔；鋼化玻璃箱與試驗臺架之間均勻布置等厚橡膠條，使試驗臺架對鋼化玻璃箱有均勻的支撐力。
[0009]供水水箱設置在可調節高度的支架上，供水水箱通過送水管與鋼化玻璃箱的進水孔連接，通過調節水箱高度來調節進水壓力，送水管上設有送水閥門。
[0010]注漿系統包括空壓機、承壓筒及注漿管，承壓筒為上下焊接鋼板密封的圓筒，承壓筒上部設置兩個接口，分別連接空壓機與送漿閥門；空壓機與承壓筒通過輸氣管連接，承壓筒與注漿管通過輸漿軟管連接，輸漿軟管上設置進漿閥門及壓力表；承壓筒中儲存一部分漿液，通過控制空壓機輸出恒定的空氣壓力，恒定的空氣壓力作用在漿液上進而保持恒定的注漿壓力。
[0011]接水水箱與自由出流孔通過軟管連接，在實驗過程中定時記錄接水水箱的質量變化，從而監測模型中的液體流出速率。[0012]一種三維可視化動水注漿模型試驗系統試驗方法，包括以下步驟:
[0013](I)組裝模型試驗系統，將鋼化玻璃箱置入試驗臺架中，連接相關管路，將試驗臺架、供水水箱、承壓筒、空壓機和接水水箱連接完畢；
[0014](2)預埋注漿管并填料，填料之后安裝活動式鋼化玻璃板并密封；
[0015](3)調節供水水箱高度，打開送水閥門，使模型中形成穩定流場；
[0016](4)將漿液通過送漿閥門灌入承壓筒中，打開空壓機輸出壓力空氣到承壓筒中；
[0017](5)打開進漿閥門，開始注漿，注漿過程中透過鋼化玻璃板觀察漿液擴散過程
[0018](6)模型試驗結束，進行拆模等后續工作。
[0019]本發明的注漿系統利用空氣壓力提供穩定注漿壓力；供水水箱提供試驗動水環境。
[0020]本發明中的空壓機為現有設備，在此不再贅述。
[0021]本發明研究了三維可視化動水注漿模型試驗系統及其試驗方法，實現了可視條件下動水環境中的注漿模擬。與前人的研究相比，該系統成功實現了可視條件下動水環境中的注漿模擬，得出的相關結論更符合工程實際。
[0022]本發明的有益效果是
[0023]1、能成功實現動水條件下的滲透注漿及劈裂注漿模擬過程；
[0024]2、采用鋼化玻璃箱作為容器可以實現漿液擴散過程的動態觀察。
[0025]3、采用空氣壓力作為注漿動力，保證壓力恒定。
[0026]4、可以通過調節供水水箱高度調節動水流速，均勻布置進水孔和自由出流孔使模型中的水流速度更均勻。
[0027]5、采用模塊化的組裝方式，方便安裝與拆卸。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1為模型試驗系統整體結構示意圖；
[0029]圖2(a)為試驗臺架主視圖；
[0030]圖2(b)為試驗臺架側視圖；
[0031]圖2(c)為試驗臺架俯視圖；
[0032]圖3為鋼化玻璃水箱結構圖；
[0033]I——試驗臺架；2——供水水箱；3——接水水箱；4——鋼化玻璃箱；5——空壓機；6—承壓筒；7—注漿管；8—鋼肋板；9—進水孔；10—自由出流孔；11—通過孔；12——支架；13——輸氣管；14——輸漿軟管；15——送水閥門；16——壓力表；17——進漿閥門；18——螺栓；19——空氣；20——漿液；21——送水管；22——送漿閥門；23——活動式鋼化玻璃板；24——玻璃膠。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0035]如圖1-圖3所示，三維可視化動水注漿模型試驗系統，包括試驗臺架1、注漿系統、供水水箱2、接水水箱3，試驗臺架I由六個模塊化側壁通過螺栓連接組成一方形框架體，試驗臺架I內部緊貼內壁放置鋼化玻璃箱4，透過鋼化玻璃可動態觀察漿液的擴散狀態；所述注漿系統與預埋在鋼化玻璃箱4內填料中的注漿管7連通，供水水箱2與試驗臺架I上部直通至鋼化玻璃箱4內的若干進水孔9相通；鋼化玻璃箱4底部設有若干自由出流孔10，自由出流孔10下方設有相對應的接水水箱3 ;試驗臺架I的模塊化側壁通過鋼肋板8鏤空焊接而成，通過鏤空部分能夠觀察鋼化玻璃水箱4內漿液的擴散過程；
[0036]鋼化玻璃箱4的上側為活動式鋼化玻璃板23，便于預埋注漿管及填料，填料完成后，鋼化玻璃箱4與活動式鋼化玻璃板23通過玻璃膠24密封。鋼化玻璃箱4上部的活動式鋼化玻璃板23上間隔預留若干進水孔9，與進水孔9相對的下部鋼化玻璃板上間隔預留若干自由出流孔10，在鋼化玻璃箱4的一個側面上預留供安裝注漿管7使用的通過孔11 ；鋼化玻璃箱4與試驗臺架I之間均勻布置等厚橡膠條，使試驗臺架I對鋼化玻璃箱4有均勻的支撐力。
[0037]供水水箱2設置在可調節高度的支架12上，供水水箱2通過送水管21與鋼化玻璃箱4的進水孔9連接，通過調節水箱高度來調節進水壓力，送水管21上設有送水閥門15。
[0038]注漿系統包括空壓機5、承壓筒6及注漿管7，承壓筒6為上下焊接鋼板密封的圓筒，承壓筒6上部設置兩個接口，分別連接空壓機5與送漿閥門22 ；空壓機5與承壓筒6通過輸氣管13連接，承壓筒6與注漿管7通過輸漿軟管14連接，輸漿軟管14上設置進漿閥門17及壓力表16 ;承壓筒6中儲存一部分漿液，通過控制空壓機5輸出恒定的空氣壓力，恒定的空氣壓力作用在漿液上進而保持恒定的注漿壓力。
[0039]接水水箱3與自由出流孔10通過軟管連接，在實驗過程中定時記錄接水水箱3的質量變化，從而監測模型中的液體流出速率。
[0040]三維可視化動水注漿模型試驗系統試驗方法，包括以下步驟:
[0041](I)組裝模型試驗系統，將鋼化玻璃箱4置入試驗臺架中，連接相關管路，將試驗臺架1、供水水箱2、承壓筒6、空壓機5、接水水箱3連接完畢；
[0042](2)預埋注漿管7并填料，填料之后安裝活動式鋼化玻璃板23并密封。
[0043](3)調節供水水箱2高度，打開送水閥門15，使模型中形成穩定流場。
[0044](4)將一定量的漿液20通過送漿閥門22灌入承壓筒中，打開空壓機5按一定壓力輸出空氣壓力到承壓筒6中。
[0045](5)打開進漿閥門17，開始注漿，注漿過程中透過鋼化玻璃板觀察漿液擴散過程。
[0046](6)模型試驗結束，進行拆模等后續工作。
[0047]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
【權利要求】
1.一種三維可視化動水注漿模型試驗系統，其特征是，包括試驗臺架、注漿系統、供水水箱、接水水箱，試驗臺架由六個模塊化側壁通過螺栓連接組成一方形框架體，試驗臺架內部緊貼內壁放置鋼化玻璃箱，透過鋼化玻璃可動態觀察漿液的擴散狀態；所述注漿系統與預埋在鋼化玻璃箱內填料中的注漿管連通，供水水箱與試驗臺架上部直通至鋼化玻璃箱內的若干進水孔相通；鋼化玻璃箱底部設有若干自由出流孔，自由出流孔下方設有相對應的接水水箱； 所述試驗臺架的模塊化側壁通過鋼肋板鏤空焊接而成，通過鏤空部分能夠觀察鋼化玻璃水箱內漿液的擴散過程； 所述鋼化玻璃箱的上側為活動式鋼化玻璃板，便于預埋注漿管及填料，填料完成后，鋼化玻璃箱與活動式鋼化玻璃板通過玻璃膠密封； 鋼化玻璃箱的上部鋼化玻璃板上間隔預留若干進水孔，與進水孔相對的下部鋼化玻璃板上間隔預留若干自由出流孔，在鋼化玻璃箱的一個側面上預留供安裝注漿管使用的通過孔；鋼化玻璃箱與試驗臺架之間均勻布置等厚橡膠條，使試驗臺架對鋼化玻璃箱有均勻的支撐力。
2.如權利要求1所述的三維可視化動水注漿模型試驗系統，其特征是，供水水箱設置在可調節高度的支架上，供水水箱通過送水管與鋼化玻璃箱的進水孔連接，通過調節水箱高度來調節進水壓力，送水管上設有送水閥門。
3.如權利要求1所述的三維可視化動水注漿模型試驗系統，其特征是，注漿系統包括空壓機、承壓筒及注漿管，承壓筒為上下焊接鋼板密封的圓筒，承壓筒上部設置兩個接口，分別連接空壓機與送漿閥門；空壓機與承壓筒通過輸氣管連接，承壓筒與注漿管通過輸漿軟管連接，輸漿軟管上設置進漿閥門及壓力表；承壓筒中儲存一部分漿液，通過控制空壓機輸出恒定的空氣壓力，恒定的空氣壓力作用在漿液上進而保持恒定的注漿壓力。
4.如權利要求1所述的三維可視化動水注漿模型試驗系統，其特征是，接水水箱與自由出流孔通過軟管連接，在實驗過程中定時記錄接水水箱的質量變化，從而監測模型中的液體流出速率。
5.一種三維可視化動水注漿模型試驗系統試驗方法，其特征是，包括以下步驟: (1)組裝模型試驗系統，將鋼化玻璃箱置入試驗臺架中，連接相關管路，將試驗臺架、供水水箱、承壓筒、空壓機和接水水箱連接完畢； (2)預埋注漿管并填料，填料之后安裝活動式鋼化玻璃板并密封； (3)調節供水水箱高度，打開送水閥門，使模型中形成穩定流場； (4)將漿液通過送漿閥門灌入承壓筒中，打開空壓機輸出壓力空氣到承壓筒中； (5)打開進漿閥門，開始注漿，注漿過程中透過鋼化玻璃板觀察漿液擴散過程 (6)模型試驗結束，進行拆模及后續工作。
【文檔編號】G01N33/38GK103926394SQ201410183116
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】李術才, 張連震, 韓偉偉, 王德明, 朱明聽, 李鵬, 王剛, 鄭東柱 申請人:山東大學