CN109298195A - 一种自动化模袋充灌试验系统与试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化模袋充灌试验系统与试验方法，包括浆料配制模块、浆料上输软管、浆料溢流软管、升降稳压供料平台、浆料下输软管、模袋充灌试验平台以及数据分析与系统控制模块；浆料配制模块与升降稳压供料平台之间通过浆料上输软管和浆料溢流软管连接，升降稳压供料平台与模袋充灌试验平台之间通过浆料下输软管连接，所述模袋充灌试验平台与数据分析与系统控制模块信号连接。能够实现协调配浆、平衡输送、事故防溢、稳压充灌以及袋形、袋高、袋重以及渗透滤液重量指标的自动化实时监测等功能，为目前模袋脱水与反滤性能分析提供了自动化、精确化与高效化的室内试验解决方案，解决现场模袋充灌试验、加压过滤试验以及吊袋试验等传统试验手段所面临的数据获取难、实施成本高、边界条件差异大、监测效率低、数据可靠性差等问题。

Description

一种自动化模袋充灌试验系统与试验方法

技术领域

本发明涉及一种模袋充灌试验技术，尤其涉及一种自动化模袋充灌试验系统与试验方法。

背景技术

模袋(geotube or geotextile tube)，也称作土工模袋，是采用较高拉伸强度的机织织物缝制成较大尺度的袋体，采用水力方式充入泥砂、疏浚底泥或尾矿等介质浆体，待脱水后形成的一种构筑物。模袋在工程应用不断增多的同时，模袋的应用领域也在不断拓宽，从最初的海岸防护到沿海围垦，再到城市污泥治理、生态湿地修复以及尾矿库筑坝等工程领域。

模袋的脱水与反滤性能能够直接影响工程项目的施工效率。例如，在沿海围垦工程中，采用绞吸粗颗粒泥砂充灌的模袋能够在脱水5～6h后开展上一层模袋充灌，施工效率较高。然而，模袋的脱水与反滤性能目前尚无精确有效的分析方法，导致模袋材料选型无据可依。多数工程项目往往根据施工经验直接选定模袋材料，从而产生一些其他问题。例如，随着充入模袋内介质颗粒粒径越来越细，模袋的脱水固结速率越来越低，若采用粒径小于0.075mm的颗粒(砂粒)含量大于85％的介质浆体充灌模袋，模袋的脱水固结时间往往大于30d，大大降低了工程项目的施工效率。针对上述状况，如何精确有效的确定模袋的脱水与反滤性能已成为广大工程技术人员与科研工作者所共同关心的问题。

现有技术中，模袋来源于土工管袋，是由聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)等制作的大面积袋状材料，并在其袋内充灌尾砂经压力排水后形成的一种固结充填体。其主要利用土工材料的透水不透浆特性，加速充填料的固结。

现有技术一：

模袋充灌的主要原理如图1所示，将充灌料通过模袋设置的充灌口泵灌进袋内，通过模袋布的孔径控制留在袋内的充灌料量，水及粒度小于模袋布孔径的细颗粒排出模袋体。

现有技术一的缺点：

现场模袋充灌试验最能够代表模袋实际的脱水固结状态，但现场试验无法有效测量模袋内细颗粒的逸出量以及模袋的脱水量，模袋的脱水与反滤性能更多依赖于定性判断，精确度无法保证；此外，现场试验实施成本过高，从经济性角度考虑并不适宜。

现有技术二：

加压过滤试验，主要包括加压过滤舱、电子秤以及数据记录器等主要部件组成；所采取的试验方法为：将待测土工织物置于加压过滤舱中间，在上部压力舱中加入过滤浆液，通过压力孔向上部压力舱中加压；在气压作用下部分颗粒及水分组成的滤液穿过待测土工织物到达下部舱体，通过底部的电子秤测得滤液总重量，滤液烘干后即可得到固体颗粒的重量；滤液总重量减去固体颗粒重量得到水分重量；根据上述固体颗粒重量与水分重量，即可对待测土工织物的渗滤性能做出定性评判。

现有技术二的缺点：

加压过滤实验虽然能够精确测量出细颗粒逸出量与脱水量，但只能反映特定压力状态下小尺寸土工织物的脱水与反滤性能；但模袋整体尺寸较大，袋体各个部位的压力状态与介质状态各不相同，因此，加压过滤试验也无法确定模袋整体的脱水与反滤性能。

现有技术三：

室内吊袋试验，试验装置如图2所示，主要由水桶、模袋、木架以及积液盘等部件组成；所采取的试验方法为：将待测模袋开口边外翻固定在木架中间，袋体整体悬挂，采用水桶将浆液直接倒入模袋中，在重力作用下，浆液中的部分颗粒与水分穿过模袋，流入木架下方的积液盘中；测量积液盘中的滤液重量、水分重量与固体颗粒重量，即可对模袋的渗滤性能进行定量判定。

现有技术三的缺点：

室内吊袋试验，模袋内细颗粒逸出量与脱水量也能够精确量测，但由于袋体悬挂，与实际工程中放置于基础之上的模袋状态存在较大的，模型与原型边界条件的不同将会导致模袋表面各部位的应力应变状态也存在较大差异；因此，室内吊袋试验结果与实际状态必然存在一定的差异。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动化模袋充灌试验系统与试验方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的自动化模袋充灌试验系统，包括浆料配制模块、浆料上输软管、浆料溢流软管、升降稳压供料平台、浆料下输软管、模袋充灌试验平台以及数据分析与系统控制模块；

所述浆料配制模块与升降稳压供料平台之间通过浆料上输软管和浆料溢流软管连接，所述升降稳压供料平台与模袋充灌试验平台之间通过浆料下输软管连接，所述模袋充灌试验平台与数据分析与系统控制模块信号连接。

本发明的自动化模袋充灌试验系统实现自动化模袋充灌试验的方法，包括步骤：

A、按照试验设计方案加工制作土工模袋，将其置于平台底板中间，将充灌管置于土工模袋袖口之中，绑扎牢固；

B、调节刻度尺高度，将刻度尺垫块接触到土工模袋顶部，打开补光灯开关并调节角度，使土工模袋整体被照射；

C、开启数据分析与系统控制模块，调节高清摄像头视野，直至土工模袋影像充满视窗；

D、开启移动平板运输机、充灌平台地秤、积液槽地秤、充灌管闸阀与流量计五个主要设备的供电开关，测试其传感器与数据分析与系统控制模块之间的连通性；

E、将试验设计的充灌压力、充灌流量、充灌高度、间隔时间以及充灌次数等数据输入至数据分析与系统控制模块，数据分析与系统控制模块将控制信号分别传输至移动平板运输机、充灌管闸阀与流量计所对应的传感器，移动平板运输机通过调节上下高度达到所需充灌压力，充灌管闸阀通过调节开度达到所需充灌流量；充灌管闸阀通过开启与关闭达到设计充灌时间与充灌次数；

F、将配浆所需干料称重后倒入配浆槽中，开启搅拌机开关，同时打开输水支管闸阀，水沿输水主管以及输水支管流入到水槽中，进而通过底部供水管流入到配浆槽中，对干料进行配制；

G、达到所需浓度后关闭底部供水管闸阀，开启电机开关，配浆槽中浆料沿浆料分别通过输送管、渣浆泵、浆料上输硬管、浆料上输软管、接料管、稳压供料槽、供料管、浆料下输软管、充灌管输送，直至到达模袋中；

H、待刻度尺显示的土工模袋充灌高度达到设计充灌高度时，操作数据分析与系统控制模块，控制充灌管闸阀关闭，系统暂停并结束一次充灌，此时，稳压供料槽中多余的浆料沿回流管、浆料溢流软管、浆料回流管输送，直至到达配浆槽中，稳压供料槽与配浆槽中的浆料构成平衡循环关系，防止浆料沉积；

I、待系统暂停时间达到设计间隔时间后，系统自动开启，数据分析与系统控制模块控制充灌管闸阀开启，重新开始充灌土工模袋；

重复步骤H～I，直至达到设计充灌次数。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的自动化模袋充灌试验系统与试验方法，能够实现协调配浆、平衡输送、事故防溢、稳压充灌以及袋形、袋高、袋重以及渗透滤液重量指标的自动化实时监测等功能，为目前模袋脱水与反滤性能分析提供了自动化、精确化与高效化的室内试验解决方案，有针对性的解决现场模袋充灌试验、加压过滤试验以及吊袋试验等传统试验手段所面临的数据获取难、实施成本高、边界条件差异大、监测效率低、数据可靠性差等问题。

附图说明

图1为现有技术中模袋法主要原理示意图；

图2为现有技术中吊袋试验装置结构示意图；

图3为本发明实施例提供的自动化模袋充灌试验系统结构示意图；

图4为本发明实施例中的浆料配制模块结构示意图；

图5为本发明实施例中的升降稳压供料平台结构示意图；

图6为本发明实施例中的模袋充灌试验平台背部结构示意图；

图7为本发明实施例中的模袋充灌试验平台前部结构示意图。

图中各标号对应的部件为：

1-浆料配制模块；2-浆料上输软管；3-浆料溢流软管；4-升降稳压供料平台；5-浆料下输软管；6-模袋充灌试验平台；7-数据分析与系统控制模块；

11-输水主管；12-输水支管闸阀；13-输水支管；14-水槽；15-水槽事故管；16-底部供水管闸阀；17-底部供水管；18-水槽放空阀；19-垒筑平台；110-配浆槽；111-搅拌机支架；112-搅拌机；113-配浆槽事故管；114-浆料输送管；115-浆料回流管固定台；116-浆料回流管；117-配浆槽放空阀；118-渣浆泵；119-电机；120-浆料上输硬管；121-固定基础；

41-移动平板运输机；42-伸缩式升降桁架；43-液压杆；44—升降平台；45-升降平台护栏；46-稳压供料槽；47-接料管；48-回流管；49-供料管；

61-平台围栏；62-平台底板；63-疏水孔；64-充灌管；65-土工模袋；66-充灌管固定台；67-充灌管闸阀；68-流量计；69—集水仓；610—集水仓侧门；611—集液管；612—平台支架结构；613—充灌平台地秤；614—积液槽地秤；615—积液槽；616—滑动支架；617—刻度尺；618—高清摄像头；619—槽型滑轨；620—滑动块；621—滑动台；622—补光灯；

623—摄像头支架；624-刻度尺固定箍；625—刻度尺垫块。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的自动化模袋充灌试验系统，其较佳的具体实施方式如图3至图7所示：

包括浆料配制模块1、浆料上输软管2、浆料溢流软管3、升降稳压供料平台4、浆料下输软管5、模袋充灌试验平台6以及数据分析与系统控制模块7；

所述浆料配制模块1与升降稳压供料平台4之间通过浆料上输软管2和浆料溢流软管3连接，所述升降稳压供料平台4与模袋充灌试验平台6之间通过浆料下输软管5连接，所述模袋充灌试验平台6与数据分析与系统控制模块7信号连接。

所述升降稳压供料平台4包括移动平板运输机41、伸缩式升降桁架42、液压杆43、升降平台44、升降平台护栏45、稳压供料槽46、接料管47、回流管48以及供料管49；

所述移动平板运输机41集成有移动运输元件和液压动力装置，所述液压动力装置与所述数据分析与系统控制模块7信号连接；

所述移动平板运输机41顶部通过所述伸缩式升降桁架42与所述升降平台44连接，所述液压杆43支撑在所述伸缩式升降桁架42中间并与所述液压动力装置通过液压管连接；

所述升降平台44四周焊接所述升降平台护栏45，所述升降平台44顶部安装所述稳压供料槽46，所述稳压供料槽46顶部固定连接所述接料管47，所述接料管47入口端与所述浆料上输软管2出口端连接，出口端垂直伸入所述稳压供料槽46中约20cm；所述稳压供料槽46距离顶部向下20cm高度处开孔并连接所述回流管48入口端，所述回流管48出口端与所述浆料溢流软管3入口端相连接；所述稳压供料池46距离底部向上10cm位置处开孔并与所述供料管49入口端连接，所述供料管49出口端与所述浆料下输软管5入口端相连接。

所述模袋充灌试验平台6包括平台围栏61、平台底板62、疏水孔63、充灌管64、土工模袋65、充灌管固定台66、充灌管闸阀67、流量计68、集水仓69、集水仓侧门610、集液管611、平台支架结构612、充灌平台地秤613、积液槽地秤614、积液槽615、滑动支架616、刻度尺617、高清摄像头618、槽型滑轨619、滑动块620、滑动台621、补光灯622、摄像头支架623、刻度尺固定箍624、刻度尺垫块625；

所述平台底板62四周边缘焊接所述平台围栏61，所述平台底板62之上开设多个直径为3cm的疏水孔63，所述平台底板62底部焊接漏斗形的所述集水仓69，所述集水仓69侧边开设所述集水仓侧门610，所述集水仓69底部连接所述集液管611的入口端，所述集液管611的出口端垂直向下伸入到所述集液槽614中，所述集液槽615整体放置在积液槽地秤614顶部，所述积液槽地秤614与所述数据分析与系统控制模块7信号连接；

所述平台底板62整体由所述平台支架结构612支撑，所述平台支架结构612底部放置在所述充灌平台地秤613上，所述充灌平台地秤613与数据分析与系统控制模块7信号连接；

所述平台围栏61的一侧边焊接固定所述充灌管64的充灌管固定台66，所述充灌管64从充灌管固定台中穿过，其入口端与所述浆料下输软管5出口端连接，所述充灌管64竖直段安装所述充灌管闸阀67和所述流量计68，所述充灌管闸阀67和流量计68与所述数据分析与系统控制模块7信号连接；

所述充灌管64出口端伸入所述土工模袋65中10cm，所述平台围栏61的另外两平行侧边固定安装两条所述槽型滑轨619，所述槽型滑轨619内部安装有3个所述滑动块620，所述滑动块620顶部分别焊接3个所述滑动台621，在其中2个滑动台621顶部焊接所述滑动支架616，并在2个滑动台621内侧焊接另外一条悬于平台上方的槽型滑轨619，另一个滑动台621顶部安装所述补光灯622，所述滑动支架616顶部设有摄像头支架623，高清摄像头618安装固定在所述摄像头支架623之上，所述高清摄像头618与所述数据分析与系统控制模块7信号连接；

悬于平台上方的槽型滑轨619内部安装1个滑动块620，所述滑动块620顶部焊接1个滑动台621，在该滑动台621侧边焊接刻度尺固定箍624，底部安装有刻度尺垫块625的刻度尺617上部穿过摄像头支架623，下部穿过刻度尺固定箍624。

本发明的上述的自动化模袋充灌试验系统实现自动化模袋充灌试验的方法，其较佳的具体实施方式如图3至图7所示：

包括步骤：

A、按照试验设计方案加工制作土工模袋65，将其置于平台底板62中间，将充灌管64置于土工模袋65袖口之中，绑扎牢固；

B、调节刻度尺617高度，将刻度尺垫块625接触到土工模袋65顶部，打开补光灯622开关并调节角度，使土工模袋65整体被照射；

C、开启数据分析与系统控制模块7，调节高清摄像头618视野，直至土工模袋65影像充满视窗；

D、开启移动平板运输机41、充灌平台地秤613、积液槽地秤614、充灌管闸阀67与流量计68五个主要设备的供电开关，测试其传感器与数据分析与系统控制模块7之间的连通性；

E、将试验设计的充灌压力、充灌流量、充灌高度、间隔时间以及充灌次数等数据输入至数据分析与系统控制模块7，数据分析与系统控制模块7将控制信号分别传输至移动平板运输机41、充灌管闸阀67与流量计68所对应的传感器，移动平板运输机41通过调节上下高度达到所需充灌压力，充灌管闸阀67通过调节开度达到所需充灌流量；充灌管闸阀67通过开启与关闭达到设计充灌时间与充灌次数；

F、将配浆所需干料称重后倒入配浆槽110中，开启搅拌机112开关，同时打开输水支管闸阀12，水沿输水主管11以及输水支管13流入到水槽14中，进而通过底部供水管17流入到配浆槽110中，对干料进行配制；

G、达到所需浓度后关闭底部供水管闸阀16，开启电机119开关，配浆槽110中浆料沿浆料分别通过输送管114、渣浆泵118、浆料上输硬管120、浆料上输软管2、接料管47、稳压供料槽46、供料管49、浆料下输软管5、充灌管64输送，直至到达模袋中；

H、待刻度尺617显示的土工模袋充灌高度达到设计充灌高度时，操作数据分析与系统控制模块7，控制充灌管闸阀67关闭，系统暂停并结束一次充灌，此时，稳压供料槽46中多余的浆料沿回流管48、浆料溢流软管3、浆料回流管116输送，直至到达配浆槽110中，稳压供料槽46与配浆槽110中的浆料构成平衡循环关系，防止浆料沉积；

I、待系统暂停时间达到设计间隔时间后，系统自动开启，数据分析与系统控制模块7控制充灌管闸阀67开启，重新开始充灌土工模袋65；

重复步骤H～I，直至达到设计充灌次数。

本发明的自动化模袋充灌试验系统与试验方法，解决了目前模袋的脱水与反滤性能无法精确有效分析的问题，能够实现协调配浆、平衡输送、事故防溢、稳压充灌以及袋形、袋高、袋重以及渗透滤液重量指标的自动化实时监测等功能，为目前模袋脱水与反滤性能分析提供了一种自动化、精确化与高效化的室内试验解决方案，有针对性的解决现场模袋充灌试验、加压过滤试验以及吊袋试验等传统试验手段所面临的数据获取难、实施成本高、边界条件差异大、监测效率低、数据可靠性差等问题，从而为土工织物基础科学研究及模袋法工程技术水平提升奠定坚实基础。

具体实施例：

如图3所示，自动化模袋充灌试验系统包括：

浆料配制模块1、浆料上输软管2、浆料溢流软管3、升降稳压供料平台4、浆料下输软管5、模袋充灌试验平台6、以及数据分析与系统控制模块7等主要模块；其中，浆料配制模块1主要用于模袋充灌浆的搅拌、稀释与配制；浆料上输软管2用于将配制完成的浆料输送至高位；浆料溢流软管3用于将高位浆料溢流回浆料配制模块1，保持高位浆料液位稳定并防止外溢；升降稳压供料平台4用于储存并抬升浆料，通过调节平台高度，提供满足试验所需的不同充灌压力；浆料下输软管5用于将高位浆料输送至模袋充灌试验平台；模袋充灌试验平台6主要用于模型模袋充灌，同时作为各种监测传感器的安装平台；数据分析与系统控制模块7用于各种监测传感器的数据采集、控制与分析；上述主要模块之间的连接方式为：浆料配制模块1与升降稳压供料平台4之间通过浆料上输软管2与浆料溢流软管3连接；升降稳压供料平台4与模袋充灌试验平台6之间通过浆料下输软管5连接；模袋充灌试验平台6与数据分析与系统控制模块7之间通过电缆连接。

如图4所示，浆料配制模块1由输水主管11、输水支管闸阀12、输水支管13、水槽14、水槽事故管15、底部供水管闸阀16、底部供水管17、水槽放空阀18、垒筑平台19、配浆槽110、搅拌机支架111、搅拌机112、配浆槽事故管113、浆料输送管114、浆料回流管固定台115、浆料回流管116、配浆槽放空阀117、渣浆泵118、电机119、浆料上输硬管120以及固定基础121等主要部分组成；其中：

输水主管21与输水支管13进口端相连接，水通过输水支管13接入到系统中；输水支管水阀12安装在输水支管13水平段，用于限制水进入系统的流量；输水支管13出口端垂直伸入水槽14约20cm长度，用于将水输送至水槽14中；水槽14距离底部向上约10cm高度处侧边开孔并与底部供水管17进口端连接，用于将水输送给配浆槽110；底部供水管17水平段设底部供水管水阀16，用于控制从水槽14向配浆槽110的供水流量；底部供水管17出口端伸入配浆槽110中约20cm；水槽14靠近底部侧边连接水槽放空阀18，用于放空水槽14；水槽14顶部向下约20cm高度处侧边开孔并连接水槽事故管15，用于保持水位稳定，防止水溢出；水槽14整体安装在垒筑平台19之上，便于槽内水通过静压自流方式向配浆槽110输送，节能环保；

配浆槽110距离底部向上约10cm高度处侧边开孔并与浆料输送管114连接，用于将配制完成的浆料输送给渣浆泵118；配浆槽110顶部固定架设搅拌机支架111；搅拌机支架111中心部位固定连接搅拌机112，用于浆料的搅拌配制；配浆槽110靠近底部侧边连接配浆槽放空阀117，用于放空配浆槽110；配浆槽110距离顶部向下约20cm高度处开孔并连接配浆槽事故管113，用于保持浆液液位稳定，防止外溢；配浆槽110靠近顶部侧边焊接浆料回流管固定台115；浆料回流管116从回流管固定台115中间穿过，其入口端与浆料溢流软管3连接，出口端垂直伸入配浆槽110中约20cm，用于将高位浆料回流至配浆槽110中；

电机119转定轴带动渣浆泵118转动，二者均固定安装在固定基础121之上，固定基础121除稳固外还需具有一定高度，防止液体触及电机119，满足安全要求；渣浆泵118进口端与浆料输送管114出口端相连接，渣浆泵出口端与浆料上输硬管120进口端连接；浆料上输硬管120出口端与浆料上输软管2入口端连接。

如图5所示，升降稳压供料平台4由移动平板运输机41、伸缩式升降桁架42、液压杆43、升降平台44、升降平台护栏45、稳压供料槽46、接料管47、回流管48、以及供料管49等主要部分组成，其中，移动平板运输机41集成移动运输与液压动力功能，数据分析与系统控制模块7通过数据线对移动平板运输机41的液压动力装置进行控制，操作平台升降；移动平板运输机41顶部固定连接伸缩式升降桁架42，通过伸缩运动带动平台升降；液压杆43支撑在伸缩式升降桁架42中间，通过长度的伸缩为伸缩式升降桁架42提供动力；伸缩式升降桁架42顶部连接升降平台44；升降平台44四周焊接升降平台护栏45；升降平台44顶部安装稳压供料槽46，用于盛放配制完成的浆料；稳压供料槽46顶部固定连接接料管47，接料管47入口端与浆料上输软管2出口端连接，出口端垂直伸入稳压供料槽46中约20cm；稳压供料槽46距离顶部向下约20cm高度处开孔并连接回流管48入口端，回流管48出口端与浆料溢流软管3入口端相连接，用于将稳压供料池46中的浆料回流至配浆槽110中，保证稳压供料槽46中的液位稳定，从而提供稳定的充灌压力；稳压供料池46距离底部向上约10cm位置处开孔并与供料管49入口端连接；供料管49出口端与浆料下输软管5入口端相连接，用于将浆料输送至模袋充灌试验平台6。

如图6、7所示，模袋充灌试验平台6由平台围栏61、平台底板62、疏水孔63、充灌管64、土工模袋65、充灌管固定台66、充灌管闸阀67、流量计68、集水仓69、集水仓侧门610、集液管611、平台支架结构612、充灌平台地秤613、积液槽地秤614、积液槽615、滑动支架616、刻度尺617、高清摄像头618、槽型滑轨619、滑动块620、滑动台621、补光灯622、摄像头支架623、刻度尺固定箍624、刻度尺垫块625等主要部件在组成，其中：

平台底板62四周边缘焊接平台围栏61，防止试验过程中滤液外溢；平台底板62之上开设一定数量的直径约为3cm的疏水孔63，用于疏导滤液从平台底板62漏下；平台底板62底部焊接漏斗形集水仓69，用于汇集滤液；集水仓69侧边开设集水仓侧门610，用于仓体清洗护理；集水仓69底部连接集液管611的入口端，集液管611的出口端垂直向下伸入到集液槽614中，用于将汇集的滤液输送到集液槽615中，集液槽615整体放置在积液槽地秤614顶部，积液槽地秤614通过数据线与数据分析与系统控制模块7连接，用于将试验过程中测得的集液槽615的重量数据传输至数据分析与系统控制模块7；平台底部62整体由平台支架结构612支撑，平台支架结构612底部放置在充灌平台地秤613上，充灌平台地秤613通过数据线与数据分析与系统控制模块7，将试验过程中测得的平台整体重量数据实时传输至数据分析与系统控制模块7；

平台围栏61中某一侧边焊接充灌管固定台66，用于固定充灌管64；充灌管64从充灌管固定台中穿过，其入口端与浆料下输软管5出口端连接；充灌管64竖直段安装充灌管闸阀67与流量计68，分别用于调节与监测模袋充灌浆料流量；数据分析与系统控制模块7通过数据线分别与充灌管闸阀67以及流量计68连接，根据流量计68所采集到的流量数据实时控制充灌管闸阀67开度，从而达到试验所需流量要求；充灌管64出口端伸入土工模袋65中约10cm；平台围栏61中另外两平行侧边固定安装两条槽型滑轨619，固定于平台侧边的槽型滑轨619内部安装有3个滑动块620，滑动块620顶部分别焊接3个滑动台621，在其中2个滑动台621顶部焊接滑动支架616，并在2个滑动台621内侧焊接另外一条悬于平台上方的槽型滑轨619；平台侧边剩余的1个滑动台621顶部安装补光灯622，用于提供光源；滑动支架616顶部设有摄像头支架623，高清摄像头618安装固定在摄像头支架623之上，数据分析与系统控制模块7通过数据线与高清摄像头618连接，用于在试验过程中记录分析土工模袋65整体形变；悬于平台上方的槽型滑轨619内部安装1个滑动块620，滑动块620顶部焊接1个滑动台621，在该滑动台621侧边焊接刻度尺固定箍624；底部安装有刻度尺垫块625的刻度尺617上部穿过摄像头支架623，下部穿过刻度尺固定箍624，用于测量模袋充灌高度。

自动化模袋充灌试验方法，如图3～图7所示，包括步骤：

(1)按照试验设计方案加工制作土工模袋65，将其置于平台底板62中间，将充灌管64置于土工模袋65袖口之中，绑扎牢固；

(2)调节刻度尺617高度，将刻度尺垫块625接触到土工模袋65顶部；打开补光灯622开关并调节角度，使土工模袋65整体被照射；

(3)开启数据分析与系统控制模块7，调节高清摄像头618视野，直至土工模袋65影像充满视窗；

(4)开启移动平板运输机41、充灌平台地秤613、积液槽地秤614、充灌管闸阀67与流量计68五个主要设备的供电开关，测试其传感器与数据分析与系统控制模块7之间的连通性；

(5)将试验设计的充灌压力、充灌流量、充灌高度、间隔时间以及充灌次数等数据输入至数据分析与系统控制模块7，数据分析与系统控制模块7将控制信号分别传输至移动平板运输机41、充灌管闸阀67与流量计68所对应的传感器；移动平板运输机41通过调节上下高度达到所需充灌压力；充灌管闸阀67通过调节开度达到所需充灌流量；充灌管闸阀67通过开启与关闭达到设计充灌时间与充灌次数；

(6)将配浆所需干料称重后倒入配浆槽110中，开启搅拌机112开关，同时打开输水支管闸阀12，水沿输水主管11以及输水支管13流入到水槽14中，进而通过底部供水管17流入到配浆槽110中，对干料进行配制；

(7)达到所需浓度后关闭底部供水管闸阀16，开启电机119开关，配浆槽110中浆料沿浆料分别通过输送管114、渣浆泵118、浆料上输硬管120、浆料上输软管2、接料管47、稳压供料槽46、供料管49、浆料下输软管5、充灌管64输送，直至到达模袋中；

(8)待刻度尺617显示的土工模袋充灌高度达到设计充灌高度时，操作数据分析与系统控制模块7，控制充灌管闸阀67关闭，系统暂停并结束一次充灌；此时，稳压供料槽46中多余的浆料沿回流管48、浆料溢流软管3、浆料回流管116输送，直至到达配浆槽110中；稳压供料槽46与配浆槽110中的浆料构成平衡循环关系，防止浆料沉积；

(9)待系统暂停时间达到设计间隔时间后，系统自动开启，数据分析与系统控制模块7控制充灌管闸阀67开启，重新开始充灌土工模袋65，重复步骤(8)～(9)，直至达到设计充灌次数。

本发明的有益效果为：

通过浆料配制模块、浆料上输软管、浆料溢流软管、升降稳压供料平台、浆料下输软管、模袋充灌试验平台以及数据分析与系统控制模块的有机结合，形成一套自动化程度高、数据采集精确高效以及操作方式简便易行的室内模袋充灌试验系统，配合完善的系统试验方法，实现了对现有模袋渗滤性能测试技术的改良与升级。本发明系统中的浆料配制模块，能够对浆料进行机械化配制，节省了大量的人力劳动；水槽、配浆槽以及稳压供料槽均设置了事故溢流管道，不仅能够有效避免浆液外溢事故，还能够促进浆液循环流动，防止发生沉积；系统中的升降式稳压供料槽，不仅能够提供大小可变的充灌压力，且压力大小稳定可靠，能够有效保障试验数据的可靠性；同时，系统中的模袋充灌试验平台中集成了可自动控制的移动平板运输机、充灌管闸阀、流量计、充灌平台地秤、积液槽地秤以及高清摄像头等设备，通过与数据分析与系统控制模块7连接，不仅能够实现充灌流量、充灌压力以及充灌次数等参数的自动控制，还能够对模袋充灌试验中的各项参数进行实时采集，同时也保证了数据采集的精确性。本发明所提供的试验系统与试验方法可为模袋工程技术提升以及基础科研深入提供有力支撑。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种自动化模袋充灌试验系统，其特征在于，包括浆料配制模块1、浆料上输软管2、浆料溢流软管3、升降稳压供料平台4、浆料下输软管5、模袋充灌试验平台6以及数据分析与系统控制模块7；

所述浆料配制模块1与升降稳压供料平台4之间通过浆料上输软管2和浆料溢流软管3连接，所述升降稳压供料平台4与模袋充灌试验平台6之间通过浆料下输软管5连接，所述模袋充灌试验平台6与数据分析与系统控制模块7信号连接。

2.根据权利要求1所述的自动化模袋充灌试验系统，其特征在于，所述升降稳压供料平台4包括移动平板运输机41、伸缩式升降桁架42、液压杆43、升降平台44、升降平台护栏45、稳压供料槽46、接料管47、回流管48以及供料管49；

所述移动平板运输机41集成有移动运输元件和液压动力装置，所述液压动力装置与所述数据分析与系统控制模块7信号连接；

所述移动平板运输机41顶部通过所述伸缩式升降桁架42与所述升降平台44连接，所述液压杆43支撑在所述伸缩式升降桁架42中间并与所述液压动力装置通过液压管连接；

所述升降平台44四周焊接所述升降平台护栏45，所述升降平台44顶部安装所述稳压供料槽46，所述稳压供料槽46顶部固定连接所述接料管47，所述接料管47入口端与所述浆料上输软管2出口端连接，出口端垂直伸入所述稳压供料槽46中约20cm；所述稳压供料槽46距离顶部向下20cm高度处开孔并连接所述回流管48入口端，所述回流管48出口端与所述浆料溢流软管3入口端相连接；所述稳压供料池46距离底部向上10cm位置处开孔并与所述供料管49入口端连接，所述供料管49出口端与所述浆料下输软管5入口端相连接。

3.根据权利要求2所述的自动化模袋充灌试验系统，其特征在于，所述模袋充灌试验平台6包括平台围栏61、平台底板62、疏水孔63、充灌管64、土工模袋65、充灌管固定台66、充灌管闸阀67、流量计68、集水仓69、集水仓侧门610、集液管611、平台支架结构612、充灌平台地秤613、积液槽地秤614、积液槽615、滑动支架616、刻度尺617、高清摄像头618、槽型滑轨619、滑动块620、滑动台621、补光灯622、摄像头支架623、刻度尺固定箍624、刻度尺垫块625；

所述平台底板62四周边缘焊接所述平台围栏61，所述平台底板62之上开设多个直径为3cm的疏水孔63，所述平台底板62底部焊接漏斗形的所述集水仓69，所述集水仓69侧边开设所述集水仓侧门610，所述集水仓69底部连接所述集液管611的入口端，所述集液管611的出口端垂直向下伸入到所述集液槽614中，所述集液槽615整体放置在积液槽地秤614顶部，所述积液槽地秤614与所述数据分析与系统控制模块7信号连接；

所述平台底板62整体由所述平台支架结构612支撑，所述平台支架结构612底部放置在所述充灌平台地秤613上，所述充灌平台地秤613与数据分析与系统控制模块7信号连接；

所述平台围栏61的一侧边焊接固定所述充灌管64的充灌管固定台66，所述充灌管64从充灌管固定台中穿过，其入口端与所述浆料下输软管5出口端连接，所述充灌管64竖直段安装所述充灌管闸阀67和所述流量计68，所述充灌管闸阀67和流量计68与所述数据分析与系统控制模块7信号连接；

所述充灌管64出口端伸入所述土工模袋65中10cm，所述平台围栏61的另外两平行侧边固定安装两条所述槽型滑轨619，所述槽型滑轨619内部安装有3个所述滑动块620，所述滑动块620顶部分别焊接3个所述滑动台621，在其中2个滑动台621顶部焊接所述滑动支架616，并在2个滑动台621内侧焊接另外一条悬于平台上方的槽型滑轨619，另一个滑动台621顶部安装所述补光灯622，所述滑动支架616顶部设有摄像头支架623，高清摄像头618安装固定在所述摄像头支架623之上，所述高清摄像头618与所述数据分析与系统控制模块7信号连接；

悬于平台上方的槽型滑轨619内部安装1个滑动块620，所述滑动块620顶部焊接1个滑动台621，在该滑动台621侧边焊接刻度尺固定箍624，底部安装有刻度尺垫块625的刻度尺617上部穿过摄像头支架623，下部穿过刻度尺固定箍624。

4.一种权利要求1、2或3所述的自动化模袋充灌试验系统实现自动化模袋充灌试验的方法，其特征在于，包括步骤：

A、按照试验设计方案加工制作土工模袋65，将其置于平台底板62中间，将充灌管64置于土工模袋65袖口之中，绑扎牢固；

B、调节刻度尺617高度，将刻度尺垫块625接触到土工模袋65顶部，打开补光灯622开关并调节角度，使土工模袋65整体被照射；

C、开启数据分析与系统控制模块7，调节高清摄像头618视野，直至土工模袋65影像充满视窗；

D、开启移动平板运输机41、充灌平台地秤613、积液槽地秤614、充灌管闸阀67与流量计68五个主要设备的供电开关，测试其传感器与数据分析与系统控制模块7之间的连通性；

E、将试验设计的充灌压力、充灌流量、充灌高度、间隔时间以及充灌次数等数据输入至数据分析与系统控制模块7，数据分析与系统控制模块7将控制信号分别传输至移动平板运输机41、充灌管闸阀67与流量计68所对应的传感器，移动平板运输机41通过调节上下高度达到所需充灌压力，充灌管闸阀67通过调节开度达到所需充灌流量；充灌管闸阀67通过开启与关闭达到设计充灌时间与充灌次数；

F、将配浆所需干料称重后倒入配浆槽110中，开启搅拌机112开关，同时打开输水支管闸阀12，水沿输水主管11以及输水支管13流入到水槽14中，进而通过底部供水管17流入到配浆槽110中，对干料进行配制；

G、达到所需浓度后关闭底部供水管闸阀16，开启电机119开关，配浆槽110中浆料沿浆料分别通过输送管114、渣浆泵118、浆料上输硬管120、浆料上输软管2、接料管47、稳压供料槽46、供料管49、浆料下输软管5、充灌管64输送，直至到达模袋中；

H、待刻度尺617显示的土工模袋充灌高度达到设计充灌高度时，操作数据分析与系统控制模块7，控制充灌管闸阀67关闭，系统暂停并结束一次充灌，此时，稳压供料槽46中多余的浆料沿回流管48、浆料溢流软管3、浆料回流管116输送，直至到达配浆槽110中，稳压供料槽46与配浆槽110中的浆料构成平衡循环关系，防止浆料沉积；

I、待系统暂停时间达到设计间隔时间后，系统自动开启，数据分析与系统控制模块7控制充灌管闸阀67开启，重新开始充灌土工模袋65；

重复步骤H～I，直至达到设计充灌次数。