承压动水条件下高聚物裂隙注浆模型试验装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种承压动水条件下高聚物裂隙注浆模型试验装置及试验方法，试验装置，包括可视化裂隙试验台、可以调节供水压力的稳压供水系统、可以调节排水压力的稳压排水系统、监测系统和高聚物注浆系统；可视化裂隙试验台包括依次设置的透明板、密封垫圈和钢板，透明板、密封垫圈和钢板之间围成密封的裂隙；可以调节供水压力的稳压供水系统、可以调节排水压力的稳压排水系统分别与可视化裂隙试验台的裂隙连接。能够调整不同动水压力环境，为测试承压动水条件下高聚物裂隙注浆扩散特性提供了一种较完备的手段，所得测试结果可以为地下工程水害防治高聚物注浆参数设计提供依据。

【技术实现步骤摘要】
承压动水条件下高聚物裂隙注浆模型试验装置及试验方法
本专利技术涉及地下基础设施安全防护领域，尤其涉及一种承压动水条件下高聚物裂隙注浆模型试验装置及试验方法。
技术介绍
受恶劣地质条件的影响，渗漏、突涌水等灾害始终是隧道施工和矿井生产过程中无法回避的技术难题。近年来，随着我国交通基础设施建设的快速发展和矿业开采加速向深部地层推进，因隧道开挖和矿井采掘导致的突涌水事故不胜枚举，造成了十分惨重的损失。不仅如此，由于隧道施工和矿井开采所引起的隧址区（采空区）水土资源破坏、生活用水枯竭、地面塌陷等生态灾难事件也屡屡出现，带来了恶劣的社会影响和严重的经济损失。发展高效、可靠的水害防治技术对于保障岩体工程施工和矿业开采安全、保护生态环境具有迫切而现实的意义。注浆作为岩体工程水害防治的主要手段长期受到人们的重视，研发水害防治新材料、新技术和新理论一直是国内外专家学者关注的重要课题。近年来，具有自膨胀特性的双组分聚氨酯高聚物注浆材料（简称高聚物）及其高压注射技术在国际上发展十分迅速，应用日趋广泛。与普通注浆材料相比，高聚物具有反应快、膨胀率高、防水抗渗、安全环保、耐久性好等特点，已成为综合性能较优的注浆材料，在地下工程水害防治领域显示出广阔的应用前景。岩体工程水害防治高聚物注浆方法的原理是通过向岩体裂隙（孔隙）中注射双组分高聚物材料，利用高聚物材料发生化学反应后体积迅速膨胀并固化的特性，实现填充空隙、封堵渗漏通道、防治水害的目的。裂隙是构成岩体中导水通道的基本形式，是产生突涌水灾害的基础条件之一，深入了解浆液在岩体裂隙中的扩散规律对于注浆设计和施工具有重要指导意义。与非膨胀性浆材主要依赖于注浆压力驱动的扩散机制不同，高聚物浆液被注射到岩体裂隙中之后，主要依靠浆液自身膨胀产生的二次加压作用推动浆液运动。由于高聚物材料的膨胀扩散性能与环境压力、裂隙开度（裂缝缝隙厚度）、注浆量、反应时间及周围介质的约束能力等因素有关，因此与水泥基及其他非膨胀性浆材相比，高聚物材料的注浆机理更加复杂。目前国内外在高聚物注浆的配套设备、施工工艺等方面已取得重大进展，然而由于高聚物材料的特殊性，使得其注浆理论研究相对滞后，特别是对动水条件下高聚物浆液在岩体裂隙中的扩散规律尚缺乏深入认识，使得注浆方案设计和施工主要依赖于操作人员的经验，理论研究的滞后已成为当前制约高聚物注浆技术发展的瓶颈。模型试验能够直观反映浆液扩散行为，是研究裂隙注浆扩散机理的重要途径之一。不少学者结合工程实践，开展了动水注浆模型试验研究。现有技术中有提供动水环境的大型平行板试验台（4m×2m），对比分析了静、动水条件下水泥基浆液在平面裂隙中的扩散规律；也有动水单裂隙注浆模型试验系统，能够提供长1m、宽0.5m的裂隙，用该装置对比测试了改性脲醛树脂动、静水条件下的扩散特征；也有利用透明有机玻璃板裂隙（1.2m×0.25m）测试了动水条件下改性脲醛树脂浆液的封堵能力；还有一种可变倾角平面裂隙注浆模型试验系统，分析了裂隙倾角、水流速度对浆液扩散行为的影响。但是现有技术中的平板裂隙动水注浆模型试验装置，其排水端通常采用自由出流边界，出口压力恒定为0或接近于0，供水端通过改变水箱位置高度调节水压力，这种方式所能提供的压力和压差调节范围小，环境水压力低，通常为0或接近于0，另外其裂隙壁面通常采用透明玻璃板或有机玻璃板，因缺少附加支撑结构，而玻璃板或有机玻璃板自身强度和承受能力较低，因此无法模拟大水深高水压环境，此外在实际注浆环境中，尤其是大水深条件下，排水端的水压力通常并不为0，而是随着水深的增大逐渐增加，因此现有试验装置所提供的承压动水环境与大多数工程环境下的真实情况并不相符，由于高聚物注浆材料的膨胀扩散特性与水压力密切相关，因此现有平板裂隙动水注浆试验装置不适用于测试具有自膨胀特性的高聚物注浆材料。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种承压动水条件下高聚物裂隙注浆模型试验装置及试验方法，能够调整不同动水压力环境，为测试承压动水条件下高聚物裂隙注浆扩散特性提供了一种较完备的手段，所得测试结果可以为地下工程水害防治高聚物注浆参数设计提供依据。本专利技术的目的是以下述方式实现的：一种承压动水条件下高聚物裂隙注浆模型试验装置，包括可视化裂隙试验台、可以调节供水压力的稳压供水系统、可以调节排水压力的稳压排水系统、监测系统和高聚物注浆系统；可视化裂隙试验台包括依次设置的透明板、密封垫圈和钢板，透明板、密封垫圈和钢板之间围成密封的裂隙；可以调节供水压力的稳压供水系统、可以调节排水压力的稳压排水系统分别与可视化裂隙试验台的裂隙连接，监测系统包括压力传感器和摄像头，压力传感器分散布置在钢板上，摄像头透过透明板监测裂隙内浆液扩散情况；高聚物注浆系统包括高聚物注浆机、注浆管，高聚物注浆机通过注浆管可视化裂隙试验台相连接。裂隙连接有进水管，进水管上设有进水阀。可以调节供水压力的稳压供水系统包括供水承压容器、供水系统空气压缩机、空气调压阀、供水阀、供水系统排气阀、供水系统输气管和供水管，供水系统排气阀与供水承压容器连接，供水系统空气压缩机通过供水系统输气管连接供水承压容器，供水系统输气管上设有空气调压阀，供水承压容器通过供水管与所述可视化裂隙试验台的裂隙连通，供水管上设有供水阀；可以调节排水压力的稳压排水系统包括排水承压容器、排水系统空气压缩机、气压安全阀、排水阀、排水系统排气阀、排水系统输气管和排水管，排水系统排气阀、气压安全阀分别与排水承压容器连接，排水系统空气压缩机通过排水系统输气管与排水承压容器连接，排水承压容器通过排水管与可视化裂隙试验台的裂隙连通，排水管上设有排水阀；监测系统还包括压力数据采集仪、视频采集卡和计算机，压力传感器和摄像头分别经压力数据采集仪和视频采集卡连接到计算机。供水承压容器内设有一高度小于供水承压容器内部净高的隔板Ⅰ，隔板Ⅰ将供水承压容器在隔板Ⅰ高度范围内的空间分割为供水舱和储水舱，隔板Ⅰ与供水承压容器的侧壁和底板分别密封连接；排水承压容器内设有一高度小于排水承压容器内部净高的隔板Ⅱ，隔板Ⅱ将排水承压容器在隔板Ⅱ高度范围内的空间分为集水舱和排水舱，隔板Ⅱ与排水承压容器的侧壁和底板分别密封连接。供水承压容器内设有水泵，水泵一端连接供水舱，另一端连接储水舱，用于在试验过程中从所述储水舱中抽水向所述供水舱中补充。供水管与供水承压容器的供水舱相连通，供水管与供水承压容器的接头位于与供水舱相对应的供水承压容器的底板区域上；排水管与排水承压容器的排水舱相连通，排水管与排水承压容器的接头位于与排水舱相对应的排水承压容器底板区域上。供水承压容器上端安设供水系统排气阀和输气管接头，供水系统输气管通过输气管接头与供水承压容器连接；排水承压容器上端安设气压安全阀、排水系统排气阀和输气管接头，排水系统输气管通过输气管接头连接排水承压容器。远离密封垫圈的透明板的一侧设置有钢格栅盖板。注浆管上设有单向阀。一种承压动水条件下高聚物裂隙注浆模型试验装置的试验方法，包括以下步骤：（1）安装可视化裂隙试验台，连接好可视化裂隙试验台与注浆系统、可以调节供水压力的稳压供水系统、可以调节排水压力的稳压排水系统、监测系统相连接的管路和线路；（2）对可视化裂隙试验台的裂隙、可以调节供水压力的稳压供水系统、可以调节排水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种承压动水条件下高聚物裂隙注浆模型试验装置，其特征在于：包括可视化裂隙试验台、可以调节供水压力的稳压供水系统、可以调节排水压力的稳压排水系统、监测系统和高聚物注浆系统；可视化裂隙试验台包括依次设置的透明板（2）、密封垫圈（3）和钢板（4），透明板（2）、密封垫圈（3）和钢板（4）之间围成密封的裂隙（35）；可以调节供水压力的稳压供水系统、可以调节排水压力的稳压排水系统分别与可视化裂隙试验台的裂隙（35）连接，监测系统包括压力传感器（19）和摄像头（20），压力传感器（19）分散布置在钢板（4）上，摄像头（20）透过透明板（2）监测裂隙（35）内浆液扩散情况；高聚物注浆系统包括高聚物注浆机（24）、注浆管（25），高聚物注浆机（24）通过注浆管（25）可视化裂隙试验台相连接。

【技术特征摘要】
1.一种承压动水条件下高聚物裂隙注浆模型试验装置，其特征在于：包括可视化裂隙试验台、可以调节供水压力的稳压供水系统、可以调节排水压力的稳压排水系统、监测系统和高聚物注浆系统；可视化裂隙试验台包括依次设置的透明板（2）、密封垫圈（3）和钢板（4），透明板（2）、密封垫圈（3）和钢板（4）之间围成密封的裂隙（35）；可以调节供水压力的稳压供水系统、可以调节排水压力的稳压排水系统分别与可视化裂隙试验台的裂隙（35）连接，监测系统包括压力传感器（19）和摄像头（20），压力传感器（19）分散布置在钢板（4）上，摄像头（20）透过透明板（2）监测裂隙（35）内浆液扩散情况；高聚物注浆系统包括高聚物注浆机（24）、注浆管（25），高聚物注浆机（24）通过注浆管（25）可视化裂隙试验台相连接。2.根据权利要求1所述的承压动水条件下高聚物裂隙注浆模型试验装置，其特征在于：裂隙（35）连接有进水（42）管，进水管（42）上设有进水阀（29）。3.根据权利要求1所述的承压动水条件下高聚物裂隙注浆模型试验装置，其特征在于：可以调节供水压力的稳压供水系统包括供水承压容器（5）、供水系统空气压缩机（6）、空气调压阀（7）、供水阀（8）、供水系统排气阀（9）、供水系统输气管（10）和供水管（11），供水系统排气阀（9）与供水承压容器（5）连接，供水系统空气压缩机（6）通过供水系统输气管（10）连接供水承压容器（5），供水系统输气管（10）上设有空气调压阀（7），供水承压容器（5）通过供水管（11）与所述可视化裂隙试验台的裂隙连通，供水管（11）上设有供水阀（8）；可以调节排水压力的稳压排水系统包括排水承压容器（12）、排水系统空气压缩机（13）、气压安全阀（14）、排水阀（15）、排水系统排气阀（16）、排水系统输气管（17）和排水管（18），排水系统排气阀（16）、气压安全阀（14）分别与排水承压容器（12）连接，排水系统空气压缩机（13）通过排水系统输气管（17）与排水承压容器（12）连接，排水承压容器（12）通过排水管（18）与可视化裂隙试验台的裂隙连通，排水管（18）上设有排水阀（15）；监测系统还包括压力数据采集仪（21）、视频采集卡（22）和计算机（23），压力传感器（19）和摄像头（20）分别经压力数据采集仪（21）和视频采集卡（22）连接到计算机（23）。4.根据权利要求3所述的承压动水条件下高聚物裂隙注浆模型试验装置，其特征在于：供水承压容器（5）内设有一高度小于供水承压容器内部净高的隔板Ⅰ（30），隔板Ⅰ（30）将供水承压容器（5）在隔板Ⅰ（30）高度范围内的空间分割为供水舱（31）和储水舱（32），隔板Ⅰ（30）与供水承压容器（5）的侧壁和底板分别密...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓龙，钟燕辉，张蓓，赵鹏，郝梅美，陈广巩，金笛，
申请(专利权)人：郑州大学，郑州安源工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41