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原文传递土体泥水劈裂伸展过程的可视化模拟试验装置和方法

专利名称：	土体泥水劈裂伸展过程的可视化模拟试验装置和方法
摘要：	本发明提供了一种土体泥水劈裂伸展过程的可视化模拟试验装置和方法。包括：试验平台、注浆系统、加压系统、激光照射系统和呈像系统；在试验平台中试验模型箱中的围压室中放置带有开孔的土体试样，围压室的外壁上设置注浆孔和注水孔；注浆系统中的注浆泵通过活塞式注浆管将泥浆箱中的泥浆浇注到土体试样的内部；加压系统往围压室注水和加载围压；激光照射系统中的激光仪发射在所述土体试样的内部传输的片状激光束，呈像系统中的相机对粒子散斑图像进行采集。本发明实现了土体中泥水劈裂伸展过程的可视化，解决了目前研究土体中劈裂伸展过程手段匮乏的问题，为研究泥水在土体中劈裂伸展规律及其发展特征提供试验设备。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京交通大学
发明人：	袁大军;袁鹏;王将;王滕;罗维平;韩冰宇;金大龙;李兴高;吴俊;沈翔;许丽群
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910059589.5
公开号：	CN109752248A
代理机构：	北京市商泰律师事务所
代理人：	黄晓军
分类号：	G01N3/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	100044 北京市海淀区西直门外上园村3号
主权项：	1.一种土体泥水劈裂伸展过程的可视化模拟试验装置，其特征在于，包括：试验平台、注浆系统、加压系统、激光照射系统和呈像系统；所述试验平台包括试验模型箱，所述试验模型箱与加压系统、注浆系统相连通，在所述试验模型箱中的围压室中放置带有开孔的土体试样，所述围压室的外壁上设置注浆孔和注水孔；所述注浆系统包括互相连接的活塞式注浆管、注浆泵和泥浆箱，所述活塞式注浆管穿过所述注浆孔插入所述土体试样的开孔中，所述注浆泵通过所述活塞式注浆管将所述泥浆箱中的泥浆浇注到所述土体试样的内部；所述加压系统包括互相连接的蓄水箱和围压加载装置，所述蓄水箱通过所述注水孔往围压室注水，所述围压加载装置往所述围压室加载围压；所述激光照射系统中的激光仪发射片状激光束，所述片状激光束在所述土体试样的内部传输，形成粒子散斑图像，所述呈像系统中的相机对所述粒子散斑图像进行采集。 2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述试验平台还包括反力架，所述反力架支撑所述试验模型箱。 3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述实验模型箱包括围压室透明侧壁、围压室、围压室顶板、围压室注水孔、围压室底座、注浆孔、溢流阀、橡胶膜、轴压杆、轴压传感器和试样顶帽，所述围压室由围压室透明侧壁、围压室顶板和围压室底座围成，所述围压室透明侧壁为亚克力透明壳体，所述围压室底座与所述围压室透明侧壁之间通过橡胶膜进行密封，所述溢流阀用于控制围压室中的围压，当围压大于指定压力时，溢流阀自动打开进行减压，所述轴压杆通过试样顶帽对试样施加轴压，所述轴压传感器用于监测轴压的大小。 4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述注浆系统包括活塞式注浆管、泥浆压力变送器、质量流量计、注浆泵和泥浆箱，所述泥浆压力变送器与所述注浆泵连接，调节所述注浆泵的泥浆输出压力，所述质量流量计与所述注浆管连接，监测所述注浆管中的泥浆的流量。 5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加压系统包括第一液压油缸、蓄水箱、围压加载装置、第二液压油缸和加载控制系统，所述第一液压油缸与注浆系统连通，给注浆泵提供动力，所述第二液压油缸与所述轴压杆相连，为施加轴压提供动力，围压由所述蓄水箱、围压加载装置进行控制，所述加压系统中的所有装置均通过加载控制系统进行调控与配合。 6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述呈像系统中的相机的轴线与所述激光仪的轴线相交于位于试件中心处的一点。 7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述呈像系统包括互相连接的CCD数码相机和图像采集装置，所述CCD数码相机设置于所述激光仪的下方，对激光仪形成的粒子散斑图像数据进行连续拍摄，并将拍摄得到的数据传输给所述图像采集装置。 8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光照射系统包括互相连接的激光仪和光线聚焦透镜，所述激光仪发射出的激光通过所述光线聚焦透镜后产生共面集中的激光，所述激光照射透明的土体试样。 9.一种权利要求1至8任一项所述的土体泥水劈裂伸展过程的可视化模拟装置的试验方法，其特征在于，包括：利用透明土颗粒材料制作透明土试样，在透明土试样中设置有开孔，按一定比例配比泥浆，并在浆液中添加示踪荧光颗粒；在试验模型箱中放置模具，将橡皮膜贴住所述模具的内壁，在橡皮套中浇筑所述透明土试样到指定高度，待透明土试样凝结后拆卸所述模具；安装围压室透明侧壁，通过围压注水孔往围压室注满水，通过注浆孔往试样开孔里浇注泥浆，而后以相同的速度同时对围压室施加围压与注浆压力，当围压室内的围压与注浆压力稳定至指定压力值后停止加压；打开激光仪，使试样内部呈现粒子散斑，调整相机，使试样内部的粒子散斑成像清晰；围压室内的围压与注浆压力保持平衡后，通过注浆泵开始以一定的速率增加注浆压力，实时监测泥浆压力变送器及质量流量计的数据显示，同时利用相机进行图像的实时采集，观察泥浆在土体内的劈裂伸展过程。 10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，采用符合试验方案粒径级配的硼硅酸玻璃混合具有相应折射率的孔隙流体及荧光染料来制作透明土试样时。
所属类别：	发明专利