CN104713804B - 一种获得浆液的留存率的方法及其所用试验系统 - Google Patents
一种获得浆液的留存率的方法及其所用试验系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种获得浆液的留存率的方法：首先模拟注浆裂隙并将其调整为水平状态，注入浆液，然后调整水压力和流速，动水冲击浆液后进行电子采像，最后检测并分析动水冲散浆液前后裂隙内的浆液总量，以获得浆液的留存率。本发明还公开了一种上述获得浆液的留存率的方法所用试验系统，包括试验装置、动水系统和监测分析系统；试验装置，用于进行注浆浆液抗水冲散性模型试验的装置；动水系统，用于调整水压力和流速；监测分析系统，用于检测并分析动水冲散浆液前后裂隙内的浆液总量，以获得浆液的留存率。本发明提供的试验系统具有简单易操作和计算准确的优点，利于分析研究不同浆液在不同动水条件下的抗水冲散的性能。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，涉及一种获得浆液的留存率的方法及其所用试验系统。
背景技术
在所有的岩体中几乎都存在不同程度、不同数量的裂隙和结构面,这些不连续面破坏了岩体的完整性和连续性,削弱了岩体强度。因此需要对其进行加固，在加固的方法中，注浆是一个非常好的选择，注浆是地下工程中加固软弱破碎围岩及封堵地下水的有效手段。
对于动水条件下的注浆，需要考虑浆液的留存情况，若留存性较差则会导致浆液在注入时被动水冲散从而随水流向远处，无法达到封堵裂隙和加固岩体的作用；因此有必要研究动水条件下裂隙中浆液的留存率。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明的目的是提供一种易于操作、便于数据处理、分析，具有较强实用性的获得浆液的留存率的方法及其所用试验系统。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种获得浆液的留存率的方法，包括以下步骤：
首先模拟注浆裂隙并将其调整为水平状态，注入浆液，然后调整水压力和流速，动水冲击浆液后进行电子采像，最后检测并分析动水冲散浆液前后裂隙内的浆液总量，以获得浆液的留存率。
所述浆液的留存率是将电子采像获得的照片导入电脑进行分析，通过试验前后拍摄照片，利用图像的像素值进行区分浆液和非浆液区域，对图像进行二值化，并统计出浆液区域的像素数进而计算动水注入前后浆液的体积，进而计算浆液的留存率。
所述浆液的留存率，其公式为θ＝m2/m1；其中θ为留存率，m1为裂隙中浆液注入总量，m2裂隙中浆液残余含量。
本发明还提供了一种上述获得浆液的留存率的方法所用试验系统，包括试验装置、动水系统和监测分析系统；
试验装置，用于进行注浆浆液抗水冲散性模型试验的装置；
动水系统，用于调整水压力和流速；
监测分析系统，用于检测并分析动水冲散浆液前后裂隙内的浆液总量，以获得浆液的留存率。
所述试验装置包括模拟裂隙注浆模型、导水裂隙模型和调整装置；所述模拟裂隙注浆模型和所述导水裂隙模型通过橡胶圈套水平连接，所述调整装置位于所述模拟裂隙注浆模型和所述导水裂隙模型的下面，用以调整其高度和角度。
所述模拟裂隙注浆模型由大小相同的上下两片有机玻璃板组成，上下两片有机玻璃板之间上下两端垫放有垫条来支撑上下两片有机玻璃板从而模拟裂隙，上下两片有机玻璃板的上下两端设置有夹子，位于上面的有机玻璃板的中间设置有注浆口，出水口位于有机玻璃板的左侧一端，有机玻璃板的右侧一端通过橡胶圈套与导水裂隙模型连接。
所述垫条为橡胶垫。
所述有机玻璃板的厚度为2～8mm。
所述导水裂隙模型由大小相同的上下两片有机玻璃板组成，上下两片有机玻璃板之间上下两端垫放有垫条来支撑上下两片有机玻璃板从而模拟裂隙，位于上面的有机玻璃板的中间设置有注水口，有机玻璃板与垫条之间用胶水密封，上下两片有机玻璃板的右端用胶水密封形成封闭端，有机玻璃板的左端通过橡胶圈套与模拟裂隙注浆模型连接。
所述调整装置包括试验台架、水平调整装置、水平仪和可升降支座，所述水平仪位于模拟裂隙注浆模型上面，所述水平调整装置位于模拟裂隙注浆模型下面，所述试验台架位于所述可升降支座与所述水平调整装置之间。
所述动水系统包括水箱、水管、水阀、水泵、压力控制器和流速传感器，水泵的一端通过水管与水箱连接，水阀设置位于水管上，水泵的另一端依次设置有压力开关和流速传感器；止回阀位于水泵与压力控制器之间，所述流速传感器与监测分析系统连接。
所述监测分析系统包括电子采像部分和分析计算部分，
电子采像部分：用于采集电子图像并传输给分析计算部分；
分析计算部分：通过对比动水冲散浆液前后裂隙内的浆液的总量，以获得浆液的留存率。
所述电子采像部分采用的是相机。
所述分析计算部分采用的是电脑。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
本发明提供的模型试验系统可用来分析浆液在动水冲击作用下浆液的留存情况，用来求取其留存率；其中留存率为动水冲击后裂隙中浆液质量除以注入裂隙的浆液质量。
本发明提供的模型试验系统实现了智能化分析和简单化操作，为注浆浆液抗水冲散分析提供了保障；可以用来方便、快捷的进行模型试验，高效分析计算浆液的留存率，为动水条件下成功注浆打好基础；组装容易、操作简单；可以便捷的控制水流流速和水压力，保证稳定的操作条件；具有可视化的优点，可以利用相机拍照和软件分析计算，减少了误差。
本发明提供的模型试验系统具有简单易操作和计算准确的优点，利于分析研究不同浆液在不同动水条件下的抗水冲散的性能。同时由于有机玻璃是透明的，可以通过录像或者拍照的方式清楚的拍摄到浆液在动水条件下被水流冲走的过程，通过软件从而计算将也在动水条件下的留存率。
附图说明
图1是获得浆液的留存率的方法所用试验系统的整体结构示意图。
图2是图1所示的获得浆液的留存率的方法所用试验系统中试验装置的俯视图。
其中：1为水箱，2为水管，3为水阀，4为水泵，5为压力控制器，6为流速传感器，7为水槽，8为试验台架，9为水平调整装置，10为有机玻璃板，11为水平仪，12为相机，13为可升降支座，14为止回阀，15为注水口，16为橡胶圈套，17为出水口，18为注浆口，19为垫条，20为封闭端，21为夹子。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种获得浆液的留存率的方法，包括以下步骤：
首先模拟注浆裂隙并将其调整为水平状态，注入浆液，然后调整水压力和流速，动水冲击浆液后进行电子采像，最后检测并分析动水冲散浆液前后裂隙内的浆液总量，以获得浆液的留存率。
所述浆液的留存率是将电子采像获得的照片导入电脑进行分析，通过试验前后拍摄照片，利用图像的像素值进行区分浆液和非浆液区域，对图像进行二值化，并统计出浆液区域的像素数进而计算动水注入前后浆液的体积，进而计算浆液的留存率。
所述浆液的留存率，其公式为θ＝m2/m1；其中θ为留存率，m1为裂隙中浆液注入总量，m2裂隙中浆液残余含量。
如图1所示，图1是获得浆液的留存率的方法所用试验系统的整体结构示意图。
一种上述获得浆液的留存率的方法所用试验系统，可以用来方便、快捷的进行模型试验，高效分析计算浆液的留存率，为动水条件下成功注浆打好基础。
包括试验装置、动水系统和监测分析系统；
试验装置，用于进行注浆浆液抗水冲散性模型试验的装置；
动水系统，用于调整水压力和流速；
监测分析系统，用于检测并分析动水冲散浆液前后裂隙内的浆液总量，以获得浆液的留存率。
如图2所示，图2是图1所示的获得浆液的留存率的方法所用试验系统中试验装置的俯视图。
所述试验装置包括模拟裂隙注浆模型、导水裂隙模型和调整装置；所述模拟裂隙注浆模型和所述导水裂隙模型通过橡胶圈套16水平连接，所述调整装置位于所述模拟裂隙注浆模型和所述导水裂隙模型的下面，用以调整其高度和角度。
所述模拟裂隙注浆模型由大小相同的上下两片有机玻璃板10组成，上下两片有机玻璃板10之间上下两端垫放有垫条19来支撑上下两片有机玻璃板10从而模拟裂隙，上下两片有机玻璃板10的上下两端设置有夹子21，位于上面的有机玻璃板10的中间设置有注浆口18，出水口17位于有机玻璃板10的左侧一端，有机玻璃板10的右侧一端通过橡胶圈套16与导水裂隙模型连接；垫条19为橡胶垫；有机玻璃板10的厚度为2～8mm。
所述导水裂隙模型由大小相同的上下两片有机玻璃板10组成，上下两片有机玻璃板10之间上下两端垫放有垫条19来支撑上下两片有机玻璃板10从而模拟裂隙，位于上面的有机玻璃板10的中间设置有注水口15，有机玻璃板10与垫条19之间用胶水密封，上下两片有机玻璃板10的右端用胶水密封形成封闭端20，有机玻璃板10的左端通过橡胶圈套16与模拟裂隙注浆模型连接。
所述调整装置包括试验台架8、水平调整装置9、水平仪11和可升降支座13，所述水平仪11位于模拟裂隙注浆模型上面，所述水平调整装置9位于模拟裂隙注浆模型下面，所述试验台架8位于所述可升降支座13与所述水平调整装置9之间。
所述动水系统包括水箱1、水管2、水阀3、水泵4、压力控制器5和流速传感器6，水泵4的一端通过水管2与水箱1连接，水阀3设置位于水管2上，水泵4的另一端依次设置有压力开关5和流速传感器6；止回阀14位于水泵4与压力控制器5之间，所述流速传感器6与监测分析系统连接。
所述监测分析系统包括电子采像部分和分析计算部分，电子采像部分：用于采集电子图像并传输给分析计算部分；分析计算部分：通过对比动水冲散浆液前后裂隙内的浆液的总量，以获得浆液的留存率；电子采像部分采用的是相机12，分析计算部分采用的是电脑。
图1中水泵4来提供一定的动水压力和流速，其中水箱1可提供水源，压力控制器5用来控制压力。当水泵提供的水压力超过压力控制器5设置的上限则关闭水泵4，水压力低于压力控制器5设置的下限则自动开启水泵4，以此来控制水压力。流速传感器6则用来监控水的流速，实时显示压力控制器5对流速调节控制的结果，方便对水流流速和水压力的控制。通过水泵4和压力控制器5和流速传感器6控制下的水流经过水管2，最终通过注水口15进入到模拟裂隙注浆模型中，水流由管道水流转换为裂隙流。在试验装置中，左侧为模拟裂隙注浆模型，可以自由拆卸，玻璃板是用夹子21施加力的作用来起到封闭的作用。左右两侧都是开口的，其中右端用具有封闭作用的橡胶圈套16连接导水裂隙模型。导水裂隙模型其中三个方向的开口都用胶水密封，只留有左侧为出水口。
可调节高低和角度的试验台架8的四条腿是由可升降支座13组成的。电子采像所用相机12是用来拍摄动水冲击之前的浆液扩散距离和动水冲击之后的浆液留存情况，将获得照片放入分析软件，从而分析计算求出浆液的留存率。
出水口17出来的流水和浆液进入水槽7中，静置后浆液沉入水槽7底部，对其进行专门处理。
注浆口18是由上层有机玻璃板打孔制成，用来注入浆液。使得浆液扩散到一定的距离，然后打开水阀3用动水冲击，从而研究浆液留存率与其他因素之间的关系。
本实施例中注浆浆液抗水冲散性模型试验系统具有以下优点：
(1)本装置具有组装容易、操作简单、可以高效准确的分析计算浆液的留存率。
(2)本浆液抗水冲散性模型试验系统可以便捷的控制水流流速和水压力，保证稳定的操作条件。
(3)本装置可以通过调节装置和水平仪来调节模拟裂隙注浆模型的水平情况，以及调节高度和角度。
(4)试验装置具有可视化的优点，可以利用相机拍照和软件分析计算，减少了误差。
上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种获得浆液的留存率的方法，其特征在于：包括以下步骤：
首先模拟注浆裂隙并将其调整为水平状态；
注入浆液，然后调整水压力和流速，包括通过流速传感器监控水的流速以实时显示压力控制器对流速调节控制的结果，进而对水流流速和水压力的控制；通过所述压力控制器和所述流速传感器控制下的水流经过水管；
动水冲击浆液后进行电子采像，所述电子采像用于拍摄动水冲击之前的浆液扩散距离和动水冲击之后的浆液留存情况，将获得照片放入分析软件；
最后检测并分析动水冲散浆液前后裂隙内的浆液总量，以获得浆液的留存率，所述浆液的留存率，其公式为θ＝m2/m1；其中θ为留存率，m1为裂隙中浆液注入总量，m2裂隙中浆液残余含量。
2.根据权利要求1所述的获得浆液的留存率的方法，其特征在于：所述浆液的留存率是将电子采像获得的照片导入电脑进行分析，通过试验前后拍摄照片，利用图像的像素值进行区分浆液和非浆液区域，对图像进行二值化，并统计出浆液区域的像素数进而计算动水注入前后浆液的体积，进而计算浆液的留存率。
3.一种权利要求1至2中任一项所述的获得浆液的留存率的方法所用试验系统，其特征在于：包括试验装置、动水系统和监测分析系统；
试验装置，用于进行注浆浆液抗水冲散性模型试验，所述试验装置包括模拟裂隙注浆模型、导水裂隙模型和调整装置；所述模拟裂隙注浆模型由大小相同的上下两片有机玻璃板(10)组成，上下两片有机玻璃板(10)之间上下两端垫放有垫条(19)来支撑上下两片有机玻璃板(10)从而模拟裂隙；所述导水裂隙模型由大小相同的上下两片有机玻璃板(10)组成，上下两片有机玻璃板(10)之间上下两端垫放有垫条(19)来支撑上下两片有机玻璃板(10)从而模拟裂隙；
动水系统，用于调整水压力和流速；
监测分析系统，用于检测并分析动水冲散浆液前后裂隙内的浆液总量，以获得浆液的留存率。
4.根据权利要求3所述的获得浆液的留存率的方法所用试验系统，其特征在于：所述模拟裂隙注浆模型和所述导水裂隙模型通过橡胶圈套(16)水平连接，所述调整装置位于所述模拟裂隙注浆模型和所述导水裂隙模型的下面，用以调整其高度和角度。
5.根据权利要求4所述的获得浆液的留存率的方法所用试验系统，其特征在于：上下两片有机玻璃板(10)的上下两端设置有夹子(21)，位于上面的有机玻璃板(10)的中间设置有注浆口(18)，出水口(17)位于有机玻璃板(10)的左侧一端，有机玻璃板(10)的右侧一端通过橡胶圈套(16)与导水裂隙模型连接；
位于上面的有机玻璃板(10)的中间设置有注水口(15)，有机玻璃板(10)与垫条(19)之间用胶水密封，上下两片有机玻璃板(10)的右端用胶水密封形成封闭端(20)，有机玻璃板(10)的左端通过橡胶圈套(16)与模拟裂隙注浆模型连接；
所述调整装置包括试验台架(8)、水平调整装置(9)、水平仪(11)和可升降支座(13)，所述水平仪(11)位于模拟裂隙注浆模型上面，所述水平调整装置(9)位于模拟裂隙注浆模型下面，所述试验台架(8)位于所述可升降支座(13)与所述水平调整装置(9)之间。
6.根据权利要求5所述的获得浆液的留存率的方法所用试验系统，其特征在于：所述垫条(19)为橡胶垫；
或所述有机玻璃板(10)的厚度为2～8mm。
7.根据权利要求3所述的获得浆液的留存率的方法所用试验系统，其特征在于：所述动水系统包括水箱(1)、水管(2)、水阀(3)、水泵(4)、压力控制器(5)和流速传感器(6)，水泵(4)的一端通过水管(2)与水箱(1)连接，水阀(3)设置位于水管(2)上，水泵(4)的另一端依次设置有压力控制器(5)和流速传感器(6)；止回阀(14)位于水泵(4)与压力控制器(5)之间，所述流速传感器(6)与监测分析系统连接。
8.根据权利要求3所述的获得浆液的留存率的方法所用试验系统，其特征在于：所述监测分析系统包括电子采像部分和分析计算部分，
电子采像部分：用于采集电子图像并传输给分析计算部分；
分析计算部分：通过对比动水冲散浆液前后裂隙内的浆液的总量，以获得浆液的留存率。
9.根据权利要求8所述的获得浆液的留存率的方法所用试验系统，其特征在于：所述电子采像部分采用的是相机(12)；
所述分析计算部分采用的是电脑。
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