CN106768838A - 一种复杂条件下浆‑水相界面移动追踪观测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复杂条件下浆‑水相界面移动追踪观测装置及方法。观测装置，包括：可拆卸式的试验箱体，其内部构成用以容纳裂隙岩体试件的空间，且具有两个对置的透明侧壁；注水管路，与所述试验箱体连接，用以实现压力注水；注浆管路，与所述试验箱体连接，用以实现压力注浆；设于试验箱体上的泄压阀；所述注水管路上设有第一荧光粉投放装置，所述注浆管路上设有第二荧光粉投放装置，在垂直于所述透明侧壁方向的前后两侧，分别设有紫外线发射装置和摄像装置。通过浆‑水相界面移动追踪观测装置可以更深入了解注浆的机理，使注浆理论更好的指导施工，通过注浆过程可视化及参数监控可以有效探究注浆机理中的一般规律。

Description

一种复杂条件下浆-水相界面移动追踪观测装置及方法

技术领域

本发明涉及注浆模拟试验设备领域，具体涉及一种复杂条件下浆-水相界面移动追踪观测装置及方法。

背景技术

在地下工程的施工中，常遇到软弱围岩、突涌水等工程地质问题，这些工程地质问题及灾害将对施工造成不良影响，注浆是加固软弱围岩、治理突涌水灾害的一种有力手段。注浆是一种涉及多学科专业理论的综合工艺，但其施作过程中具有隐蔽性，加上工程地质条件的复杂性，故其难以突破半理论半经验的状态。目前的试验方法中无法对浆液流变参数的空间分布不均匀性进行有效模拟，无法获取浆液质点在裂隙网络中的移动状况，因此无法探究注浆机理的一般规律。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种复杂条件下浆-水相界面移动追踪观测装置及方法。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种复杂条件下浆-水相界面移动追踪观测装置，其特征在于，包括：

可拆卸式的试验箱体，其内部构成用以容纳裂隙岩体试件的空间，且具有两个对置的透明侧壁；

注水管路，与所述试验箱体连接，用以实现压力注水；

注浆管路，与所述试验箱体连接，用以实现压力注浆；

设于试验箱体上的泄压阀；

所述注水管路上设有第一荧光粉投放装置，所述注浆管路上设有第二荧光粉投放装置，在垂直于所述透明侧壁方向的前后两侧，分别设有紫外线发射装置和摄像装置。

所述第一和第二荧光粉投放装置上设有保持相应管路密闭的并控制粉体投放的阀门。

所述试验箱体中与所述透明侧壁相邻的两侧壁为独立的矩形横向加载板，所述加载板上设有加载器，所述加载器的另一端固定设于所述试验箱体外侧的反力墙上。

所述加载板的内侧、所述试验箱体的顶部和底部，设有用以对试件进行密封的橡胶垫。

所述橡胶垫的内侧涂有用以防水的环氧树脂材料层。

所述透明侧壁由高强透明钢化玻璃制成，若干贯穿前后两侧的高强螺栓将两所述透明侧壁压紧在所述试件上，顶部的橡胶垫上设有用以所述高强螺栓穿过的通道。

所述注浆管路上设有显示浆液压力的压力表，所述泄压阀上设有泄压管路与数显压力表。

所述紫外线发射装置和摄像装置通过电路与主机连接，所述主机上设有能够处理所述摄像装置所采集图像数据的软件系统。

所述透明侧壁的长为80-120cm，宽为20-30cm；所述加载板的宽度为4-6cm。

一种复杂条件下浆-水相界面移动追踪观测方法，包括以下步骤：

步骤1：制作具有设计尺寸和裂隙展布规律的透明岩体试件，将所述岩体试件安装到试验箱体内，安装密封所述试验箱体，并使试件处于设定的横向加载条件下；

步骤2：进行压力注水，当水流稳定后，通过第一荧光粉投放装置投放具有第一颜色的第一荧光粉，使所述第一荧光粉与水流充分混合；

步骤3：将具有第二颜色的第二荧光粉与配置好的注浆材料充分混合，之后进行压力注浆，并调节泄压阀至指定开度，实现对浆液扩散范围的调控；

步骤4：调节紫外线发射装置使光强达到指定要求，照射透明试验箱体，高速摄像机实时拍摄浆-水相界面移动过程，计算机相应图像处理软件实时处理显示相应数据。

本发明的有益效果是：

目前没有实现浆液质点在裂隙网络中的移动追踪，导致无法对浆液流变参数的空间分布不均匀性进行有效模拟。

浆-水相界面移动追踪观测装置实现了裂隙岩体的横向加载，以此实现岩体内部裂隙开度控制，创造了浆液扩散的应力环境。可视化观测装置四周利用密封橡胶垫及环氧树脂材料密封处理，外加高强螺栓固定，很好的避免了注浆的溢出。下部数显泄压装置，实现了针对特定裂隙岩体的浆液扩散范围的有效控制。浆液投放荧光绿粉，水流投放荧光红粉，通过紫外线照射全程高速摄像机记录，经过计算机图像处理实现浆水相界面移动过程实时观测及数值化。通过调解裂隙的展布，侧向应力大小，注浆压力大小，水流流速大小以及泄压阀压力大小数值显示多种注浆条件下浆水相界面的移动规律。

通过浆-水相界面移动追踪观测装置可以更深入了解注浆的机理，使注浆理论更好的指导施工，注浆模型试验近似模拟注浆工况，通过注浆过程可视化及参数监控可以有效探究注浆机理中的一般规律。

附图说明

图1是本发明的原理示意图；

其中1.注浆管；2.注浆压力表；3.高强螺栓；4.橡胶垫；5.加载器；6.反力墙；7.裂隙岩体试件；8.泄压阀；9.加压板；10.摄像机；11.环氧树脂防水层；12.透明钢化玻璃；13.底座支架；14.计算机；15.荧光绿粉投放装置；16.荧光红粉投放装置；17.注水压力表；18.注水泵；19.注浆装置；20.紫外线发射装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1：

一种复杂条件下浆-水相界面移动追踪观测装置，包括：试验箱体模块、注浆模块、注水模块、应力施加模块以及数据采集处理模块。

试验箱体模块为可拆卸式，其内部构成用以容纳裂隙岩体试件7的空间，呈竖向方形安置，设置在底座支架13上。其上部安装的注浆系统主要包括了注浆管1以及注浆压力实时显示器，优选使用注浆压力表2，实现了注浆压力的随时调控。试验箱体具有两个透明侧壁，透明侧壁由高强透明钢化玻璃12制成且相互对置，通过高强螺栓3固定连接。由高强螺栓3连接可自由拆卸，以实现不同裂隙倾向、倾角展布规律的浆液扩散过程模拟研究，进而可以研究任意裂隙分布情况下的浆液扩散过程。

在垂直于透明钢化玻璃12方向的前后两侧，分别设有紫外线发射装置20和摄像装置。通过高强透明钢化玻璃12实现裂隙注浆过程的可视化，试验过程高清摄像实时记录，便于数据的分析与总结，极大的方便了后期对浆液扩散过程的研究。

注浆模块包括注浆泵、注浆管路、泄压阀8与荧光绿粉投放装置15，荧光绿粉投放装置15安置在注浆管路一侧，注浆管路包括实时显示浆液压力的压力表，泄压阀8设于试验箱体的底部，其上设有泄压管路与数显压力表。试验箱体上部安装整套注浆设备，可以实现不同浆液的扩散过程模拟，注浆管1安置的压力表实时显示压力变化，利于直接控制注浆压力。试验台架下部安装数显泄压装置，通过控制泄压阀8开关程度，实现了针对特定裂隙岩体的浆液扩散范围的有效控制。

注水模块包括注水管、注水泵18、注水压力表17与荧光红粉投放装置16，荧光红粉投放装置16安置在注水管一侧。

应力施加模块包括加载器5、加载板、橡胶垫4及反力墙6，反力墙6和试验箱体之间设有若干用以对裂隙岩体试件施加水平荷载的加载器5，加载器5连接加载板通过橡胶垫4将力均匀的施加到裂隙岩体试件7两侧。试验装置两侧设置加压板9，在液压千斤顶与反力墙6共同作用下完成不同应力水平的加载，实现了裂隙岩体的横向加载，很好的控制了岩体内部裂隙开度，创造了浆液扩散的不同应力环境，可以实现相同裂隙展布规律下应力对浆液扩散规律的影响。

数据采集处理模块包括紫外线发射装置20、高清摄像机10、数据传输线及计算机14，计算机14包括能够处理摄像机10所采集图像数据的软件系统，优选的可以使用GIS软件。

一种不同注浆条件下浆-水相界面追踪观测装置及方法，包括以下步骤：

步骤1：制作具有设计尺寸和裂隙展布规律的岩体试件7，裂隙岩体尺寸要求为长100cm*宽25cm*厚5cm，安装到试验箱体内，调节液压控制柜由加载器5控制加压板9的移动将力作用在紧贴试块两侧的橡胶垫4上实现应力均匀加载，试验箱体内的四周覆上涂有环氧树脂防水层11的橡胶垫4，安装密封试验箱体；

步骤2：打开注水泵18，关注注水管路一侧的压力表17，调解水压为待研究值，待水流稳定，打开荧光红粉投放装置16，使荧光红粉与水流充分混合。

步骤3：利用注浆装置19配置相应的注浆材料，打开荧光绿粉投放装置15，使荧光绿粉与注浆材料充分混合，由上部注浆设备调节相应的注浆压力通过注浆管1将浆液压入透明观察装置12，同时调节试验系统底部的泄压阀8至指定开度，实现对浆液扩散范围的调控；

步骤4：调解紫外线发射装置20使光强达到指定要求，照射透明试验箱体，高速摄像机10实时拍摄浆-水相界面移动过程，计算机14相应图像处理软件实时处理显示相应数据。

步骤5：更换不同裂隙展布分组，切取裂隙岩体试样，调解动水压力控制不同水流速度，重复步骤(1)-(4)完成不同裂隙展布规律下浆-水相界面移动观测记录。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种复杂条件下浆-水相界面移动追踪观测装置，其特征在于，包括：

可拆卸式的试验箱体，其内部构成用以容纳裂隙岩体试件的空间，且具有两个对置的透明侧壁；

注水管路，与所述试验箱体连接，用以实现压力注水；

注浆管路，与所述试验箱体连接，用以实现压力注浆；

设于试验箱体上的泄压阀；

所述注水管路上设有第一荧光粉投放装置，所述注浆管路上设有第二荧光粉投放装置，在垂直于所述透明侧壁方向的前后两侧，分别设有紫外线发射装置和摄像装置。

2.根据权利要求1所述的一种复杂条件下浆-水相界面移动追踪观测装置，其特征在于：所述试验箱体中与所述透明侧壁相邻的两侧壁为独立的矩形横向加载板，所述加载板上设有加载器，所述加载器的另一端固定设于所述试验箱体外侧的反力墙上。

3.根据权利要求2所述的一种复杂条件下浆-水相界面移动追踪观测装置，其特征在于：所述加载板的内侧、所述试验箱体的顶部和底部，设有用以对试件进行密封的橡胶垫。

4.根据权利要求3所述的一种复杂条件下浆-水相界面移动追踪观测装置，其特征在于：所述橡胶垫的内侧涂有用以防水的环氧树脂材料层。

5.根据权利要求3所述的一种复杂条件下浆-水相界面移动追踪观测装置，其特征在于：所述透明侧壁由高强透明钢化玻璃制成，若干贯穿前后两侧的高强螺栓将两所述透明侧壁压紧在所述试件上，顶部的橡胶垫上设有用以所述高强螺栓穿过的通道。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种复杂条件下浆-水相界面移动追踪观测装置，其特征在于：所述第一和第二荧光粉投放装置上设有保持相应管路密闭的并控制粉体投放的阀门。

7.根据权利要求6所述的一种复杂条件下浆-水相界面移动追踪观测装置，其特征在于：所述注浆管路上设有显示浆液压力的压力表，所述泄压阀上设有泄压管路与数显压力表。

8.根据权利要求1-5任一所述的一种复杂条件下浆-水相界面移动追踪观测装置，其特征在于：所述紫外线发射装置和摄像装置通过电路与主机连接，所述主机上设有能够处理所述摄像装置所采集图像数据的软件系统。

9.根据权利要求6任一所述的一种复杂条件下浆-水相界面移动追踪观测装置，其特征在于：所述紫外线发射装置和摄像装置通过电路与主机连接，所述主机上设有能够处理所述摄像装置所采集图像数据的软件系统。

10.一种复杂条件下浆-水相界面移动追踪观测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：制作具有设计尺寸和裂隙展布规律的岩体试件，将所述岩体试件安装到试验箱体内，安装密封所述试验箱体，并使试件处于设定的横向加载条件下；

步骤2：进行压力注水，当水流稳定后，通过第一荧光粉投放装置投放具有第一颜色的第一荧光粉，使所述第一荧光粉与水流充分混合；

步骤3：将具有第二颜色的第二荧光粉与配置好的注浆材料充分混合，之后进行压力注浆，并调节泄压阀至指定开度，实现对浆液扩散范围的调控；

步骤4：调节紫外线发射装置使光强达到指定要求，照射透明试验箱体，高速摄像机实时拍摄浆-水相界面移动过程，计算机相应图像处理软件实时处理显示相应数据。