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原文传递一种浆液动态可视化注浆试验系统及方法

专利名称：	一种浆液动态可视化注浆试验系统及方法
摘要：	本发明公开一种浆液动态可视化注浆试验系统及方法，包括土层装填系统、注浆系统、压力系统，土层装填系统含透明的模型试验桶；压力系统通过气动管路连通注浆系统，注浆系统通过注浆管路连通土层装填系统，压力系统为注浆系统施加压力使浆液注入土层装填系统；还包括计量系统：用于测量注浆系统的浆液流量；浆液动态监测系统：对土层装填系统内浆液的扩散状态进行动态监测；中央数据处理系统：接收各系统返回的数据，进行数据交互形成浆液扩散形态的函数并存储不同注浆参数下的浆液扩散形态。本发明可实现对浆液扩散过程中形态的动态监测，能够精准模拟并调控浆液注入驱动力；装置集成度高、专业性强，试验精确性高。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	西南交通大学
发明人：	张志强;张康健;胡哲钏;陈豪;谢海旭;方勇;张洋
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-29T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-17T00:00:00+0800
申请号：	CN202311098530.X
公开号：	CN117074273A
代理机构：	成都高远知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	付红梅;谢一平
分类号：	G01N15/08;G01N13/00;G;G01;G01N;G01N15;G01N13;G01N15/08;G01N13/00
申请人地址：	610000 四川省成都市二环路北一段111号
主权项：	1.一种浆液动态可视化注浆试验系统，其特征在于：包括土层装填系统(1)、注浆系统(2)、压力系统(4)，所述土层装填系统(1)包括模型试验桶(1-1)，模型试验桶(1-1)的桶身(1-1-1)采用透明材料制成；压力系统(4)通过气动管路(5-1)连通注浆系统(2)，注浆系统(2)通过注浆管路(5-2)连通土层装填系统(1)，压力系统(4)为注浆系统(2)施加压力使浆液注入土层装填系统(1)；还包括计量系统(3)：用于测量注浆系统(2)的浆液流量；浆液动态监测系统(6)：对土层装填系统(1)内浆液的扩散状态进行动态监测；中央数据处理系统(7)：接收各系统返回的数据，进行数据交互形成浆液扩散形态的函数ΔR＝f(Δx,Δy,Δz)，其中Δx、Δy、Δz为浆液在三维方向扩散距离与时间之间的函数，并存储不同注浆参数下的浆液扩散形态。 2.根据权利要求1所述的浆液动态可视化注浆试验系统，其特征在于：所述土层装填系统(1)还包括钢制支架(1-3)，模型试验桶(1-1)安装在钢制支架(1-3)上；模型试验桶(1-1)的桶身(1-1-1)两端分别密封连接顶部法兰盘(1-1-2)和底部法兰盘(1-1-3)；顶部法兰盘(1-1-2)中心处安装气压球阀，气压球阀接入压力源用于模拟模型试验桶(1-1)内地层土的水压力；底部法兰盘(1-1-3)中心处连接注浆管路(5-2)；土层装填系统1输出土层信息函数S＝f(φ，K，Pw)，其中φ为地层土的孔隙率，K为地层土的渗透系数、Pw为地层土的水压力。 3.根据权利要求2所述的浆液动态可视化注浆试验系统，其特征在于：所述注浆管路(5-2)上连接有浆液球阀(5-2-1)，用于控制浆液注入的起止。 4.根据权利要求2所述的浆液动态可视化注浆试验系统，其特征在于：所述土层装填系统(1)还包括角度调节装置，用于调整模型试验桶(1-1)的倾斜角度。 5.根据权利要求4所述的浆液动态可视化注浆试验系统，其特征在于：所述角度调节装置为铰链传动装置(1-2)，铰链传动装置(1-2)由滑轮(1-2-1)、铰链(1-2-2)、绞盘(1-2-3)构成，绞盘(1-2-3)固定在钢制支架(1-3)上，滑轮(1-2-1)固定在钢制支架(1-3)顶部，铰链(1-2-2)一端与模型试验桶(1-1)固定连接，另一端绕过滑轮(1-2-1)连接在绞盘(1-2-3)上；所述模型试验桶(1-1)底部与钢制支架(1-3)铰接，通过绞盘(1-2-3)调整铰链(1-2-2)的长度以调整模型试验桶(1-1)的倾斜角度。 6.根据权利要求1所述的浆液动态可视化注浆试验系统，其特征在于：所述注浆系统(2)包括注浆罐，注浆罐由缸体(2-1)、前端法兰盘(2-2)、后端法兰盘(2-3)组成，前端法兰盘(2-2)和后端法兰盘(2-3)分设在缸体(2-1)两端与缸体(2-1)密封连接，缸体(2-1)内设有活塞，活塞连接活塞杆(2-4)，活塞杆(2-4)由前端法兰盘(2-2)伸出，活塞与缸体(2-1)内周接触面设有密封圈(2-5)，后端法兰盘(2-3)设有出浆口，出浆口连接注浆管路(5-2)。 7.根据权利要求6所述的浆液动态可视化注浆试验系统，其特征在于：所述计量系统(3)设有承载台面(3-1)，注浆系统(2)放置在承载台面(3-1)上，承载台面(3-1)下方设置压力传感器(3-2)，计量系统(3)配合注浆系统(2)输出浆液的流量函数Q＝f(d,t,P)，其中d为注浆罐的缸体内径、t为注浆时间、P为注浆压力。 8.根据权利要求6所述的浆液动态可视化注浆试验系统，其特征在于：所述压力系统(4)包含一台伺服空压机，伺服空压机通过气动管路(5-1)连通注浆系统(2)，气动管路(5-1)中连接有调压阀(5-1-1)、气路球阀(5-1-2)，用于气压的调整与通闭，压力系统(4)输出稳定的压力值驱动注浆罐中的活塞杆(2-4)向前驱动，压力系统(4)输出注浆压力P随时间t的函数：P＝f(t)。 9.根据权利要求1所述的浆液动态可视化注浆试验系统，其特征在于：所述浆液动态监测系统(6)由多台高速摄像机配合图像画质处理软件组成，高速摄像机架设在模型试验桶(1-1)上，在注浆过程中高速摄像机将画面数据传输至中央数据处理系统，对浆液扩散形态函数进行耦合输出：Δx＝f(S、Q、P、t)，Δy＝f(S、Q、P、t)，Δz＝f(S、Q、P、t)。 10.一种应用上述权利要求1-9任一项所述的浆液动态可视化注浆试验系统进行注浆试验的方法，其特征在于：步骤包括：步骤1、试验准备阶段，清洗模型试验桶、注浆罐、注浆管路、气动管路，测试计量系统，连接气动管路，更新中央数据处理系统中的数据库；步骤2、按照试验工况中浆液的配比和制备工艺制备浆液，将制备完成的浆液移入注浆罐中；步骤3、连接注浆管路至模型试验桶的底部法兰盘，在注浆管路上连接浆液球阀后将底部法兰盘用高强度螺栓与桶身相连，按照试验工况中地层土的设置，在模型试验桶中进行透明地层土的分层填筑与振实；步骤4、地层土填筑完成后，将注浆罐放置于计量系统中的承载台面之上，设置预定的压力读数时间间隔，调整浆液动态监测系统中的四台高速摄像机，并检查其与中央数据处理系统的连接状态；步骤5、关闭注浆管路中的浆液球阀、气动管路中的气动球阀，打开浆液动态监测系统，打开空压机使其工作至伺服状态，打开气动球阀，旋转气路调压阀调整至试验工况预定的注浆压力值，待压力值稳定后打开浆液球阀，开始注浆试验；步骤6、待计量系统读数维持预定时间不变时，本次试验达到终浆状态，终浆后依次关闭浆液球阀、气动球阀；步骤7、拆除注浆管路和气动管路、模型试验桶的顶部法兰盘，将注浆结石体取出，对实验装置各部分进行拆解清洗；通过中央数据处理系统输出浆液扩散形态的函数ΔR＝f(Δx,Δy,Δz)，其中Δx、Δy、Δz为浆液在三维方向扩散距离与时间之间的函数。
所属类别：	发明专利