静水与动水条件下可视化变开度裂隙注浆试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种静水与动水条件下可视化变开度裂隙注浆试验装置及其使用方法，装置包括注浆试验平台，数据采集装置，供水装置，连接管路。注浆试验平台包括裂隙上下盘面，裂隙开度调节块，密封橡胶圈，储水盒。注浆试验平台各组件通过螺栓相连接，供水装置与注浆试验平台通过连接管路串联连接。注浆试验平台的裂隙上下盘面由钢化玻璃制成，裂隙上下盘面尺寸完全相同，且裂隙上盘面预留注浆孔与传感器布设孔位。裂隙开度调节块用于调节裂隙开度大小，分别放置在裂隙上下盘面的四个角上。密封橡胶圈与储水盒通过螺栓固定在裂隙上下盘面的侧面。连接管路由钢丝管、进水量调节阀门、转接阀门及流量计组成。钢丝管分别连接储水盒与流量计，通过转接阀门后连接至水箱上。

Visual Variable Opening Fracture Grouting Test Device and Method under Static and Dynamic Water Conditions

The invention discloses a visual variable opening crack grouting test device under static and dynamic water conditions and its use method, which comprises a grouting test platform, a data acquisition device, a water supply device and a connecting pipeline. The grouting test platform includes upper and lower plates of cracks, crack opening adjusting blocks, sealed rubber rings and water storage tanks. Each component of the grouting test platform is connected by bolts, and the water supply device and the grouting test platform are connected by connecting pipes in series. The upper and lower plates of the grouting test platform are made of toughened glass. The sizes of the upper and lower plates of the cracks are identical, and the grouting holes and sensor positions are reserved on the upper plates of the cracks. Fissure opening adjusting block is used to adjust the fissure opening, which is placed on the four corners of the upper and lower face of the fissure. The sealing rubber ring and the water storage box are fixed on the side of the upper and lower discs of the cracks by bolts. The connecting pipe is composed of steel wire pipe, water intake regulating valve, transfer valve and flowmeter. The steel pipe is connected to the water storage tank and the flowmeter respectively, and is connected to the water tank by connecting the valve.

【技术实现步骤摘要】
静水与动水条件下可视化变开度裂隙注浆试验装置及方法
本专利技术涉及一种用于静水与动水条件下的裂隙注浆试验装置，具体涉及一种可同时实现静水与动水两类水利条件下裂隙渗透注浆的试验装置及使用方法。适用于模拟以平面径向流扩散方式下的静水注浆与以U型扩散方式下的动水注浆。
技术介绍
注浆技术是一种有效解决地下工程中水灾害问题常用手段。尤其是针对地下工程修建过程中出现的突涌水灾害与运营期内出现的衬砌渗漏水灾害，注浆技术具有显著优势。实用性强、工况模拟种类多，试验参数获取简便的裂隙注浆模型试验装置已成为注浆堵水理论研究必不可少的工具。尽管裂隙注浆模拟试验平台以及系统方面，大量专家学者开展了研发工作，但依旧存在一下问题尚未解决：(1)受设计尺寸的限制，存在一定边界效应，无法研究静水条件下浆液以平面径向流方式扩散时的注浆扩散规律，包括浆水混合后注浆压力的变化，浆液压力衰减等。(2)模拟工况单一，无法满足浆液在不同裂隙开度、静水压力及动水流速等多种工况下的模拟，无法获取对应工况下浆液的运移、沉积及渗滤规律。(3)裂隙均由光滑平行板组成，设置监测点较少，无法获取浆液整个流场与压力场的信息。综上，研发一款能够模拟多种裂隙开度、静水压力及动水流速等多种工况的裂隙注浆模型试验装置对于推动裂隙注浆理论的发展具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术为解决上述问题，提出一种静水与动水条件下可视化变开度裂隙注浆试验装置及其试验方法。该系统可实现浆液在静水裂隙内以平面径向流方式的注浆模拟以及在动水裂隙内以U性扩散方式的注浆模拟。同时，试验装置的裂隙平台部分，裂隙开度可精确调节。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种静水与动水条件下可视化变开度裂隙注浆试验装置，包括注浆试验平台、数据采集装置、供水装置和连接管路；所述注浆试验平台包括裂隙上盘和裂隙下盘、裂隙开度调节块、密封橡胶圈和储水盒；所述的裂隙上盘和裂隙下盘形状和大小完全相同，上下对称设置，两者之间形成间隙，所述的裂隙开度调节块位于裂隙上盘和裂隙下盘的四个角上，密封橡胶圈用于密封裂隙上盘、裂隙下盘和裂隙开度调节块形成的四周间隙，在裂隙上盘、裂隙下盘组合后结构的四个侧面分别设置一个储水盒，所述的储水盒通过连接管路与供水装置相连，且在所述的裂隙上盘的上部设有数据采集装置和注浆孔位。所述注浆试验平台的裂隙上下盘面由钢化玻璃制成，裂隙上下盘面尺寸完全相同，均为200cm×200cm×5cm的正方形，以保证浆液有足够的扩散空间。进一步的，在所述裂隙上盘中心位置预留所述的注浆孔位。进一步的，所述的数据采集装置包括压力变送器和流速传感器，所述裂隙上盘预留传感器布设孔位，用于连接压力变送器与流速传感器，便于获取浆液扩散过程中的压力场数据。进一步的，所述的传感器布设孔位关于正方形裂隙盘的边长中线对称分布。进一步的，所述裂隙上下盘的四个侧面均有螺纹孔，作为固定储水盒与密封橡胶圈的孔位。进一步的，所述裂隙开度调节块为长方体，其中h表示裂隙开度调节块的高度。；裂隙开度调节块共有多组，每一组四个，且各组裂隙开度调节块长度、宽度、高度均相同。不同组裂隙开度调节块在高度上存在变化。进一步的，所述裂隙开度调节块用于调节裂隙的开度大小。每一组裂隙开度调节块有四个，分别放置在裂隙盘的四个角上。放置裂隙开度调节块时，应尽量使其的两个侧面与裂隙盘的两个侧面保持在同一个平面上。通过更换不同高度的裂隙开度调节块实现裂隙开度的调节。进一步的，所述密封橡胶圈为矩形环形橡胶圈。密封橡胶圈共有四条，每一个密封橡胶圈在四个角上均预留孔位，通过螺栓分别固定在裂隙上下盘的四个侧面上。进一步的，所述储水盒为长方体，长方体内侧有切槽；储水盒共有四个，且各个储水盒中心位置留有开孔，开孔用于连接供水装置管路。储水盒四个角设置开孔，通过螺栓可将储水盒固定在裂隙上下盘之上。所述供水装置由支架与水箱共同组成。支架高度可自由调节，水箱安装在支架上。通过调节支架高度实现不同静水压力与动水流速的模拟。供水装置共有四套，通过连接管路分别连接在注浆试验台的四个侧面。所述连接管路由钢丝管、进水量调节阀门、转接阀门及流量计组成。钢丝管分别连接储水盒与流量计，通过转接阀门后连接至水箱上。通过进水量调节阀门与流量计共同控制进入裂隙内水的流量，实现两种水利条件的模拟。利用上面所述的静水与动水条件下可视化变开度裂隙注浆试验装置进行试验的方法，具体步骤为：根据需要模拟的裂隙开度，选择合适的裂隙开度调节块；将裂隙开度调节块放置在裂隙下盘上，然后将裂隙上盘放置在裂隙开度调节块之上，放置时，保证裂隙上下盘侧面与裂隙开度调节块侧面在同一水平面上；将密封橡胶圈紧贴在裂隙上、下盘的侧面，储水盒紧贴在密封橡胶圈上；螺栓穿过储水盒、密封橡胶圈后固定在裂隙上下盘侧面的预留孔位上；钢丝管分别连接储水盒与流量计，通过转接阀门后连接至水箱上；将水箱安装在支架上；将注浆管路连接在裂隙上盘预留的注浆孔为之内，关闭注浆管的进浆阀门。将流速与压力传感器安装在裂隙上盘预留孔之内，打开流速与压力监测软件，准备监测。在模拟静水条件下裂隙注浆时，首先，将四个进水量调节阀门全部关闭，将四个水箱内充满水，且四个水箱内水的体积保持相同。其次，打开四个进水量控制阀门，使储水盒与裂隙上下盘内充满水；调节支架高度，通过压力传感器监测反馈数据确定静水压力是否满足条件；静水压力达到条件后，打开注浆管路进浆阀门开始注浆；在模拟动水条件下的裂隙注浆时，先将四个进水量控制阀门关闭，仅将一个水箱内充满水，其余三个不充水；打开连接充水水箱以及其相对的水箱的进水量调节阀，另外两个水箱的进水量调节阀关闭。通过流量计监测数据来调节进水量使水达到预设流速；当动水流速满足条件后，打开进浆阀门进行注浆。本专利技术有益效果为：1.试验装置尺寸长×宽为2m×2m，可完全实现浆液以平面径向流扩散方式的模拟，克服了以往由试验平台在长度与宽度方向尺寸不同导致的对浆液扩散路径的限制。2.试验装置可实现动水与静水两种水利的裂隙注浆模拟，提高了试验平台的使用效率。3.裂隙上盘由有机钢化玻璃制成，浆液扩散过程全程可视化，便于观察浆液扩散形态。4.试验装置监测孔位布设多，能够实现对于整个浆液流场与浆液压力场的实时准确监测。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本专利技术总体示意图；图2为储水盒及密封橡胶圈；图3为裂隙上下盘及裂隙开度调节块；图4为压力传感器与流速传感器布设示意图；其中：1-裂隙上盘，2-裂隙下盘，3-裂隙开度调节块，4-密封橡胶圈，5-储水盒，6-螺栓，7-钢丝管，8-压力传感器，9-流速传感器，10-裂隙上下盘侧面螺纹孔，11-支架，12-水箱，13-进水量调节阀门，14-流量计，15-转接阀门，16-支架，17-注浆管路，18-进浆阀门。具体实施方式：应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学语言具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里使用的，除非上下文另外明确指出，否则本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静水与动水条件下可视化变开度裂隙注浆试验装置，其特征在于，包括注浆试验平台、数据采集装置、供水装置和连接管路；所述注浆试验平台包括裂隙上盘和裂隙下盘、裂隙开度调节块、密封橡胶圈和储水盒；所述的裂隙上盘和裂隙下盘形状和大小完全相同，上下对称设置，两者之间形成间隙，所述的裂隙开度调节块位于裂隙上盘和裂隙下盘的四个角上，密封橡胶圈用于密封裂隙上盘、裂隙下盘和裂隙开度调节块形成的四周间隙，在裂隙上盘、裂隙下盘组合后结构的四个侧面分别设置一个储水盒，所述的储水盒通过连接管路与供水装置相连，且在所述的裂隙上盘的上部设有数据采集装置和注浆孔位。

【技术特征摘要】
1.一种静水与动水条件下可视化变开度裂隙注浆试验装置，其特征在于，包括注浆试验平台、数据采集装置、供水装置和连接管路；所述注浆试验平台包括裂隙上盘和裂隙下盘、裂隙开度调节块、密封橡胶圈和储水盒；所述的裂隙上盘和裂隙下盘形状和大小完全相同，上下对称设置，两者之间形成间隙，所述的裂隙开度调节块位于裂隙上盘和裂隙下盘的四个角上，密封橡胶圈用于密封裂隙上盘、裂隙下盘和裂隙开度调节块形成的四周间隙，在裂隙上盘、裂隙下盘组合后结构的四个侧面分别设置一个储水盒，所述的储水盒通过连接管路与供水装置相连，且在所述的裂隙上盘的上部设有数据采集装置和注浆孔位。2.如权利要求1所述的裂隙注浆试验装置，其特征在于，在所述裂隙上盘中心位置预留所述的注浆孔位。3.如权利要求1所述的裂隙注浆试验装置，其特征在于，所述的数据采集装置包括压力变送器和流速传感器，所述裂隙上盘预留传感器布设孔位，用于连接压力变送器与流速传感器；所述的传感器布设孔位关于正方形裂隙盘的边长中线对称分布。4.如权利要求1所述的裂隙注浆试验装置，其特征在于，所述裂隙开度调节块为长方体，裂隙开度调节块共有多组，每一组四个，且各组裂隙开度调节块长度、宽度、高度均相同；不同组裂隙开度调节块在高度上存在变化；通过更换不同高度的裂隙开度调节块实现裂隙开度的调节。5.如权利要求1所述的裂隙注浆试验装置，其特征在于，所述密封橡胶圈为矩形环形橡胶圈；密封橡胶圈共有四条，每一个密封橡胶圈在四个角上均预留孔位，通过螺栓分别固定在裂隙上下盘的四个侧面上。6.如权利要求1所述的裂隙注浆试验装置，其特征在于，所述储水盒为长方体，长方体内侧有切槽；储水盒共有四个，且各个储水盒中心位置留有开孔，开孔用于连接供水装置管路。储水盒四个角设置开孔，通过螺栓可将储水盒固定在裂隙上下盘之上。7.如权利要求1所述的裂隙注浆试验装置，其特征在于，所述供水装置由支架与水箱共同组成；所述的支架高度可自由调节，水箱安装在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李术才，王晓晨，刘人太，刘亚男，姜其琛，周恒，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37