【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于裂隙动水注浆实验，特别涉及一种不同裂隙状态下可视化动水注浆实验装置及方法，可用于模拟实际工程环境中裂隙注浆的实验装置及方法。
技术介绍
1、天然岩体中存在不连续面/裂隙，这些不连续面的存在为岩体中水或其它有害物质的运移提供了通道。注浆技术是土木工程和地质工程中常用的方法，用于加固地层、防止渗漏、提高建筑物稳定性等。然而，在裂隙发育的地层中，裂隙注浆的效果受到多种因素的影响，如裂隙形态、裂隙大小、裂隙分布、浆液性质、注浆压力等。因此开展不同裂隙状态下的可视化注浆实验，对深入理解裂隙与注浆的关系、优化注浆方案具有重要意义。
2、一方面裂隙岩体中不同裂隙网络的存在是地下水渗流的主要渠道，另一方面地下水的流动对于注浆浆液粘度变化及胶凝特性产生极为不利的影响。在裂隙岩体动水注浆过程中浆液在裂隙动水环境下的扩散规律对于堵水和加固效果具有决定性的作用。因此，研究不同裂隙动水条件下注浆的扩散规律及影响因素，开展不同裂隙动水条件下的注浆模拟试验，并在此基础上建立不同裂隙动水条件下的注浆扩散模型是该领域非常必要的。然而，现有的实验装置和方法往往不能模拟不同类型和规模的裂隙，无法满足这一需求。为了更好地理解和掌握不同状态裂隙注浆的原理和技术，研究人员需要一种能够模拟实际工程环境的实验装置及方法。
技术实现思路
1、为解决当前存在技术问题，本专利技术提供一种不同裂隙状态下可视化动水注浆实验装置及方法，实现在不同裂隙状态条件下，不同浆液物质条件下及不同注浆条件下，浆液在裂隙中的扩散
2、为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：一种不同裂隙状态下可视化动水注浆实验装置，包括钢制桁架，所述钢制桁架上搭载有裂隙可视化装置及摄像机，所述裂隙可视化装置通过注浆管与注浆罐的底部相连，所述注浆罐顶部分别与自动搅拌桶和空气压缩机相连通。
3、所述注浆罐顶部与空气压缩机通过导气管相连，同时注浆罐上部通过输浆管与自动搅拌桶相连，且注浆罐和自动搅拌桶底部都分别设有阀门，在注浆罐和空气压缩机上还设有压力表，通过调整控制压力表的压力数值以准确控制注浆压力；所述自动搅拌桶与空气压缩机通过导气管相连；两根导气管上分别安装有阀门。
4、所述裂隙可视化装置由上顶板和下底板构成，上顶板和下底板之间用具有一定透气性的硅胶条密封，同时用虎头夹将四周夹紧以保证实验的顺利进行；用防渗隔膜将上顶板和下底板划分为左右两个完全相同的区域，在两个区域的相同位置设有注浆孔、注水孔及若干测压孔，在不同区域上可贴不同的裂隙复刻膜。
5、所述上顶板和下底板由亚克力板制成。
6、所述钢制桁架为整个实验的基本装置，全部采用不锈钢制作而成；钢制桁架包括相机固定架和调节支架；所述调节支架是可转动的，包括转动轴，角度调节器及稳定平台，所述相机固定架用于放置摄像机。
7、所述摄像机放置于相机固定架，调节至合适的焦距，使其在实验过程中能够清晰的拍摄出注浆扩散的过程。
8、所述注浆孔通过注浆管与注浆罐相连，同时所述注浆管上还装有电磁流量计、阀门和压力表，用来测量注浆过程中的注浆量、注浆速度以及注浆压力；所述注水孔通过注水管与水管相连，在注水管上设置有电磁流量计，来保证水头的稳定；所述测压孔通过压力传感器与计算机相连，所述计算机用于收集并处理实验数据。
9、所述角度调节器上设有防转卡扣，当转动到一定角度后能够固定转动轴，以便模拟不同裂隙倾角下的注浆试验；所述稳定平台用于放置裂隙可视化装置，以便确保注浆时的稳定性，同时还起到加固底板的作用。
10、采用实验装置进行不同裂隙状态下可视化动水注浆实验的方法，包括以下步骤：
11、step1.材料准备：准备钢制桁架，裂隙可视化装置，注浆罐，自动搅拌桶，空气压缩机，亚克力板，硅胶条，防渗隔膜，压力表，阀门，相机固定架，调节支架，电磁流量计，压力传感器，注浆管，注水管，导气管和输浆管；
12、step2.安装裂隙可视化装置：布设下底板，用防渗隔膜置于中心位置，将不同的裂隙复刻膜分别贴于两个不同的区域，上顶板采用同样的处理，通过采用不同尺寸、不同规则的圆柱体硅胶垫块来模拟不同的迂曲度，将上顶板与下底板重合，并采用硅胶条将上顶板与下底板粘结成一个整体，同时用虎头夹夹紧；
13、step3.布置调节支架：将调节支架的转动轴进行转动，通过角度调节器来调节所需的角度以模拟不同裂隙倾角的注浆扩散试验；
14、step4.实验装置搭建：将裂隙可视化装置放置在稳定平台上，并进行固定，将摄像机放置在相机固定架上，然后将摄像机的焦距调节至可以清晰的记录实验中浆液扩散过程；
15、step5.将空气压缩机分别与注浆罐和自动搅拌桶相连，注浆罐和空气压缩机上还设有压力表，通过调整控制表的压力数值准确控制注浆压力，保证注浆压力的稳定，增强实验的准确性，将注水管与注水孔相连，并检查密封性；
16、step6.安置数据收集装置：将压力传感器感应端与测压孔相连，另一端与计算机相连，同时测试装置的完好性；
17、step7.制备浆液：根据所需配比采用电子天平称取相应重量的材料后倒入自动搅拌桶中，打开空气压缩机并接通搅拌器电源后让其充分搅拌；
18、step8.打开水阀，通过两个区域的电磁流量计调至实验所需的流速，打开自动搅拌桶底部的阀门，将搅拌充分的浆液输入注浆罐中，打开空气压缩机和摄影机，通过调节阀门，待各个压力表示数达到实验气压时开始试验；
19、step9.将采集的实验数据及摄像机内容进行保存，同时待所有压力消除后，拆卸并清洗装置，更换裂隙复刻膜，更换不同厚度的硅胶条模拟不同裂隙开度，更换不同大小的圆柱体硅胶垫块，改变注浆压力，重复以上实验步骤，收集不同情况下的实验数据。
20、本专利技术有如下有益效果：
21、1、本专利技术采用的裂隙复刻膜、注浆压力、动水压力和裂隙开度均是可变的，实验中采用控制变量法进行相关实验，起目的在于：实现在不同裂隙状态条件下，不同浆液物质条件下及不同注浆条件下，浆液在裂隙中的扩散规律。
22、2、以往的单一平板裂隙注浆实验中，每次只能改变一个注浆变量，就需要把实验装置拆卸清洗后再进行下一次实验。本专利技术用防渗隔膜将装置分成两个区域，在两个区域中进行不同的处理，模拟不同的裂隙状态下的注浆实验，简化了实验步骤，节省了实验时间，在一次实验中控制变量，减少了以往多次试验可能带来的实验误差。
23、3、通过设置不同的注浆压力和动水流量值，模拟不同裂隙状态下的动水注浆工况，实现了多工况下裂隙动水注浆试验研究。
24、4、通过压力采集器采集在注浆过程中的压力变化，得到不同裂隙状态下内部压力的变化规律。
25、5、通过模拟不同形态、大小和分布的裂隙，能够更真本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种不同裂隙状态下可视化动水注浆实验装置，其特征在于，包括钢制桁架（1），所述钢制桁架（1）上搭载有裂隙可视化装置（2）及摄像机，所述裂隙可视化装置（2）通过注浆管（15）与注浆罐（3）的底部相连，所述注浆罐（3）顶部分别与自动搅拌桶（4）和空气压缩机（5）相连通。
2.根据权利要求1所述一种不同裂隙状态下可视化动水注浆实验装置及方法，其特征在于：所述注浆罐（3）顶部与空气压缩机（5）通过导气管（17）相连，同时注浆罐（3）上部通过输浆管（18）与自动搅拌桶（4）相连，且注浆罐（3）和自动搅拌桶（4）底部都分别设有阀门（10），在注浆罐（3）和空气压缩机（5）上还设有压力表（9），通过调整控制压力表（9）的压力数值以准确控制注浆压力；所述自动搅拌桶（4）与空气压缩机（5）通过导气管（17）相连；两根导气管（17）上分别安装有阀门（10）。
3.根据权利要求1所述一种不同裂隙状态下可视化动水注浆实验装置及方法，其特征在于：所述裂隙可视化装置（2）由上顶板和下底板构成，上顶板和下底板之间用具有一定透气性的硅胶条（22）密封，同时用虎头夹（27）将四周夹紧以
4.根据权利要求3所述一种不同裂隙状态下可视化动水注浆实验装置及方法，其特征在于：所述上顶板和下底板由亚克力板制成。
5.根据权利要求1所述一种不同裂隙状态下可视化动水注浆实验装置及方法，其特征在于：所述钢制桁架（1）为整个实验的基本装置，全部采用不锈钢制作而成；钢制桁架（1）包括相机固定架（11）和调节支架（12）；所述调节支架（12）是可转动的，包括转动轴（19），角度调节器（20）及稳定平台（21），所述相机固定架（11）用于放置摄像机。
6.根据权利要求5所述一种不同裂隙状态下可视化动水注浆实验装置及方法，其特征在于：所述摄像机放置于相机固定架（11），调节至合适的焦距，使其在实验过程中能够清晰的拍摄出注浆扩散的过程。
7.根据权利要求3所述一种不同裂隙状态下可视化动水注浆实验装置及方法，其特征在于：所述注浆孔（24）通过注浆管（15）与注浆罐（3）相连，同时所述注浆管（15）上还装有电磁流量计（13）、阀门（10）和压力表（9），用来测量注浆过程中的注浆量、注浆速度以及注浆压力；所述注水孔（25）通过注水管（16）与水管相连，在注水管（16）上设置有电磁流量计（13），来保证水头的稳定；所述测压孔（26）通过压力传感器（14）与计算机相连，所述计算机用于收集并处理实验数据。
8.根据权利要求5所述一种不同裂隙状态下可视化动水注浆实验装置及方法，其特征在于：所述角度调节器（20）上设有防转卡扣，当转动到一定角度后能够固定转动轴（19），以便模拟不同裂隙倾角下的注浆试验；所述稳定平台（21）用于放置裂隙可视化装置（2），以便确保注浆时的稳定性，同时还起到加固底板的作用。
9.采用权利要求1-8任意一项实验装置进行不同裂隙状态下可视化动水注浆实验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种不同裂隙状态下可视化动水注浆实验装置，其特征在于，包括钢制桁架（1），所述钢制桁架（1）上搭载有裂隙可视化装置（2）及摄像机，所述裂隙可视化装置（2）通过注浆管（15）与注浆罐（3）的底部相连，所述注浆罐（3）顶部分别与自动搅拌桶（4）和空气压缩机（5）相连通。
2.根据权利要求1所述一种不同裂隙状态下可视化动水注浆实验装置及方法，其特征在于：所述注浆罐（3）顶部与空气压缩机（5）通过导气管（17）相连，同时注浆罐（3）上部通过输浆管（18）与自动搅拌桶（4）相连，且注浆罐（3）和自动搅拌桶（4）底部都分别设有阀门（10），在注浆罐（3）和空气压缩机（5）上还设有压力表（9），通过调整控制压力表（9）的压力数值以准确控制注浆压力；所述自动搅拌桶（4）与空气压缩机（5）通过导气管（17）相连；两根导气管（17）上分别安装有阀门（10）。
3.根据权利要求1所述一种不同裂隙状态下可视化动水注浆实验装置及方法，其特征在于：所述裂隙可视化装置（2）由上顶板和下底板构成，上顶板和下底板之间用具有一定透气性的硅胶条（22）密封，同时用虎头夹（27）将四周夹紧以保证实验的顺利进行；用防渗隔膜（23）将上顶板和下底板划分为左右两个完全相同的区域，在两个区域的相同位置设有注浆孔（24）、注水孔（25）及若干测压孔（26），在不同区域上可贴不同的裂隙复刻膜（7）。
4.根据权利要求3所述一种不同裂隙状态下可视化动水注浆实验装置及方法，其特征在于：所述上顶板和下底板由亚克力板制成。
5.根据权利要求1所述一种不同裂隙状态下可视化动水...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，吴佳俊，乔志存，黄涛，高晨鹏，庹明民，蔡铭阳，黎照，蔡显灿，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：
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