CN103926384B - 一种模型试验稳压加水系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模型试验稳压加水系统及其操作方法，包括空压机，空压机通过输气管与稳压储输水装置相连，稳压储输水装置通过输水管与流量监测仪、压力变送器依次连接，压力变送器连接点源加水装置，稳压储输水装置通过加水管与增压泵相连；点源加水装置底部和外侧均设置有出水孔。本发明通过在点源加水装置内部填充相似材料并预埋入模型试验台架模拟地质工程储、导水构造，可为注浆模型试验提供稳定的动水环境，输水过程中压力、流量等重要指标均可实时监测、采集和显示，根据反馈信息可实时调整输水压力、流量以满足模型试验要求。改变了目前注浆模型试验多在无水或静水条件下进行，不符合注浆工程实际情况的现状。

Description

一种模型试验稳压加水系统及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种模型试验稳压加水系统及其操作方法。

背景技术

目前我国隧道、矿山等地下工程建设过程中时常发生突水、突泥等地质灾害，轻则延误工期，重则造成大量的人员伤亡和经济损失。目前多采用注浆加固的方法解决此类问题，效果明显，但是突水、突泥灾害事故依然频发，究其原因在于目前注浆施工过多依赖于经验性，缺乏科学、合理的理论指导，注浆理论的发展远远落后于工程实践。

模型试验方法可以比较全面真实地模拟复杂的地质构造，发现一些新的力学现象和规律，为建立新的理论和数学模型提供依据，是研究注浆理论的一种重要手段。

目前国内外已经进行了一些注浆模型试验，取得了一定成果，但试验多是在无水或者静水条件下进行，与注浆工程多是在动水环境下进行的现状不符，这也导致了研究成果具有较大的局限性，限制了注浆理论的发展。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种模型试验稳压加水系统及其操作方法，该系统通过在点源加水装置内部填充相似材料并预埋入模型试验台架模拟地质工程储、导水构造，可为注浆模型试验提供稳定的动水环境，输水过程中压力、流量等重要指标均可实时监测、采集和显示，根据反馈信息可实时调整输水压力、流量以满足模型试验要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模型试验稳压加水系统，包括空压机，空压机通过输气管与稳压储输水装置相连，稳压储输水装置通过输水管与流量监测仪、压力变送器依次连接，压力变送器连接点源加水装置，稳压储输水装置通过加水管与增压泵相连；点源加水装置底部和外侧均设置有出水孔。

所述稳压储输水装置包括腔体、承压板和密封装置，承压板通过密封装置固定于腔体上，所述腔体上设有输气阀、加水阀，输气阀连接输气管，加水阀连接加水管，所述承压板上设有输水阀，输水阀与输水管连接。

所述点源加水装置，包括腔体、承压板和密封装置，承压板通过密封装置固定于腔体上，所述承压板上设有加水阀。

所述密封装置包括弹性垫，承压板通过弹性垫固定于腔体上，弹性垫与腔体、弹性垫与承压板之间的缝隙通过密封胶密封。

所述压力变送器、流量监测仪通过数据传输线与计算机连接。

所述输气管上连接有限压阀，其限压范围为0-1Mpa。

所述腔体为筒状结构。

一种采用上述稳压加水系统的操作方法，具体步骤包括：

(1)根据模型试验所依托注浆工程储、导水构造类型制备相似材料并加入点源加水装置的腔体内，随后将点源加水装置预埋入模型试验台架；

(2)通过增压泵向稳压储输水装置加入适量水，通过限压阀设定输水压力，开启空压机，压缩气体通过输气管进入稳压储输水装置，压送水进入输水管，在此过程中利用支架保证稳压储输水装置的平衡；

(3)压缩气体压送稳压储输水装置内的水通过输水管进入点源加水装置，随后水渗入其腔体内填充材料，并通过装置周边和底部圆形出水孔进入模型试验台架，为下一步的模拟注浆工作提供稳定动水环境；在此过程中，输水管线中设置的压力变送器与流量监测仪将监测数据实时传至计算机，实时显示输水压力、流量信息，根据模型试验的要求实时调整输水压力、流量。

本发明的有益效果为：

1.可为注浆模型试验提供稳定的动水环境，改变目前注浆模型试验多在无水或静水条件下进行的现状；

2.根据储水构造类型，可将点源加水装置放置在任意位置，模拟构造的空间结构；加水装置刚度较大，不受外界影响，能够为模型试验连续供水。

3.设有限压阀，根据所模拟实际地质工程含、导水构造水压实际情况可在0～1Mpa范围内任意设定输水压力，满足模型试验的要求；

4.设有压力变送器与流量监测仪，采用16位高精度采集卡及最新的USB通讯方式监测采集输水压力、流量信息并可实时精确显示，为实时调整输水参数提供反馈信息；

5.设有由不锈钢材料承压板、橡胶垫和密封胶组成的密封装置，保证稳压储输水装置的密封性。

附图说明

图1是本发明总体示意图；

图2是本发明稳压储输水装置正视图；

图3是本发明稳压储输水装置侧视图；

图4是本发明稳压储输水装置俯视图；

图5是本发明点源加水装置正视图；

图6是本发明点源加水装置俯视图。

其中1.空压机、2.限压阀、3.输气管、4.输气阀、5.稳压储输水装置、6.增压泵、7.加水管、8.加水阀、9.支架、10.承压板、11.输水阀、12.输水管、13.流量监测仪、14.压力变送器、15.点源加水装置、16.模型试验台架、17.出水孔。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1-图6所示，一种模型试验稳压加水系统，包括空压机1，空压机1通过输气管3与稳压储输水装置5相连，稳压储输水装置5通过输水管12与流量监测仪13、压力变送器14依次连接，压力变送器14连接点源加水装置15，稳压储输水装置5通过加水管7与增压泵6相连；点源加水装置15底部和外侧均设置有出水孔17。

稳压储输水装置5包括腔体、承压板10和密封装置，承压板10通过密封装置固定于腔体上，腔体上设有输气阀4、加水阀8，输气阀4连接输气管3，加水阀8连接加水管7，所述承压板10上设有输水阀11，输水阀11与输水管12连接。

点源加水装置15，包括腔体、承压板和密封装置，承压板通过密封装置固定于腔体上，所述承压板上设有加水阀8。

密封装置包括弹性垫，承压板通过弹性垫固定于腔体上，弹性垫与腔体、弹性垫与承压板之间的缝隙通过密封胶密封。

空压机1与限压阀2相连，提供输水动力。

输气管3与限压阀2相连，通过调节限压阀2，可以在0～1Mpa范围内任意设定输水压力，满足模型试验对不同输水压力的要求。

输气管3通过输气阀4与稳压储输水装置5相连，输水过程中打开输气阀4，输气管3中的压缩气体进入稳压储输水装置5。

增压泵6、加水管7和加水阀8相连，为加水系统提供稳定、连续水源。

加水阀8与稳压储输水装置5相连，输水开始前或者输水过程中需要加水时打开加水阀8向稳压储输水装置5中加水，试验结束后加水阀8兼有泄压功能，释放出稳压储输水装置5中残余的压缩气体。

支架9支撑稳压储输水装置5，保证其在输水过程中平衡稳定。

承压板10配合橡胶垫和密封胶组成密封装置，保证稳压储输水装置5的密封性，避免漏水现象。

输水阀11与稳压储输水装置5相连，输水管12与输水阀11相连，注浆过程中压缩气体压送水通过输水阀11进入输水管12。

输水管12设有流量监测仪13和压力变送器14，输水过程中实时监测采集输水压力、流量信息并反馈至计算机实时显示。

水通过输水管12和加水阀8进入点源加水装置15，渗入填充材料并通过圆形出水孔17流出进入模型试验台架16，为模拟注浆提供稳定动水环境。

模型试验稳压加水系统使用方法：试验前根据模型试验所依托注浆工程储、导水构造类型制备相似材料并加入点源加水装置15腔体内，随后预埋入模型试验台架，为空压机1、增压泵6、计算机、压力变送器14和流量监测仪13接通电源，通过增压泵6向稳压储输水装置5加入适量水，通过限压阀2设定输水压力，开启空压机1，压缩气体通过输气管3进入稳压储输水装置5，压送水进入输水管12，在此过程中支架可以保证稳压储输水装置5的平衡，压缩气体压送稳压储输水装置5内的水通过输水管12进入点源加水装置15，随后水渗入腔体内填充材料，并通过装置周边和底部圆形出水孔后进入模型试验台架，为下一步的模拟注浆工作提供稳定动水环境。在此过程中，输水管线中设置的压力变送器14与流量监测仪13将监测数据实时传至计算机，可实时显示输水压力、流量信息，根据模型试验的要求可实时调整输水压力、流量。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种模型试验稳压加水系统，其特征是：包括空压机，空压机通过输气管与稳压储输水装置相连，稳压储输水装置通过输水管与流量监测仪、压力变送器依次连接，压力变送器连接点源加水装置，稳压储输水装置通过加水管与增压泵相连；点源加水装置底部和外侧均设置有出水孔；

稳压储输水装置包括腔体、承压板和密封装置，承压板通过密封装置固定于腔体上，所述腔体上设有输气阀、加水阀，输气阀连接输气管，加水阀连接加水管，所述承压板上设有输水阀，输水阀与输水管连接；

所述点源加水装置，包括腔体、承压板和密封装置，承压板通过密封装置固定于腔体上，所述承压板上设有加水阀。

2.如权利要求1所述的一种模型试验稳压加水系统，其特征是：所述密封装置包括弹性垫，承压板通过弹性垫固定于腔体上，弹性垫与腔体、弹性垫与承压板之间的缝隙通过密封胶密封。

3.如权利要求1所述的一种模型试验稳压加水系统，其特征是：所述压力变送器、流量监测仪通过数据传输线与计算机连接。

4.如权利要求1所述的一种模型试验稳压加水系统，其特征是：所述输气管上连接有限压阀，其限压范围为0-1Mpa。

5.如权利要求1所述的一种模型试验稳压加水系统，其特征是：所述腔体为筒状结构。

6.一种权利要求1至5任一权利要求所述的模型试验稳压加水系统的操作方法，其特征是：具体步骤包括：

(1)根据模型试验所依托注浆工程储、导水构造类型制备相似材料并加入点源加水装置的腔体内，随后将点源加水装置预埋入模型试验台架；

(2)通过增压泵向稳压储输水装置加入适量水，通过限压阀设定输水压力，开启空压机，压缩气体通过输气管进入稳压储输水装置，压送水进入输水管，在此过程中利用支架保证稳压储输水装置的平衡；

(3)压缩气体压送稳压储输水装置内的水通过输水管进入点源加水装置，随后水渗入其腔体内填充材料，并通过装置周边和底部圆形出水孔进入模型试验台架，为下一步的模拟注浆工作提供稳定动水环境；在此过程中，输水管线中设置的压力变送器与流量监测仪将监测数据实时传至计算机，实时显示输水压力、流量信息，根据模型试验的要求实时调整输水压力、流量。