[發(fā)明專利]一種可視化劈裂注漿擴散過程模擬試驗裝置及使用方法

在審

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• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN106885758A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發(fā)明（設計）人: 張慶松;郭焱旭;劉人太;劉亞南;姜琪琛;桂大壯;張連震;王曉晨;劉浩杰;楊紅魯
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

1.一種可視化劈裂注漿擴散過程模擬試驗裝置，其特征是：包括模型箱、注漿裝置、圖像實時采集系統(tǒng)和地應力加載系統(tǒng)，其中：

所述模型箱包括透明殼體，所述透明殼體內部填充有模擬注漿環(huán)境的透明材料，所述透明殼體上設置有注漿孔，以容納注漿裝置注入的漿液；

所述地應力加載系統(tǒng)，包括空氣注入設備和柔性氣囊，所述柔性氣囊包裹模型箱，空氣注入設備通過柔性氣囊向模型箱施加應力，所述柔性氣囊為透明的，以使得圖像實時采集系統(tǒng)能夠采集模型箱與柔性氣囊的變化，實現劈裂注漿漿液擴散過程的可視化模擬，追蹤劈裂注漿擴散過程。

2.如權利要求1所述的一種可視化劈裂注漿擴散過程模擬試驗裝置，其特征是：所述模型箱下冊設置有底座，保持模型箱運行的穩(wěn)定性。

3.如權利要求1所述的一種可視化劈裂注漿擴散過程模擬試驗裝置，其特征是：所述空氣注入設備為空壓機，空壓機與柔性氣囊相連接，柔性氣囊位于土體上部和左右兩側，空壓機給柔性氣囊提供壓力，柔性氣囊將空氣壓力傳遞到土體介質上，從而實現地應力加載。

4.如權利要求1所述的一種可視化劈裂注漿擴散過程模擬試驗裝置，其特征是：所述空氣注入設備上設置有壓力調節(jié)器以調節(jié)輸出壓力，設置壓力表監(jiān)測輸出氣體壓力。

5.如權利要求1所述的一種可視化劈裂注漿擴散過程模擬試驗裝置，其特征是：所述柔性氣囊為透明硅膠材料，與模型箱頂部和左右兩側形狀相配合，保證氣囊與模型箱內壁和所填充介質緊密貼合。

6.如權利要求1所述的一種可視化劈裂注漿擴散過程模擬試驗裝置，其特征是：所述注漿裝置包括全自動注漿泵和注漿管，全自動注漿泵的注漿壓力、流量可控，注漿管為透明，且管周圍設置有鉆孔，以實現漿液的均勻擴散。

7.如權利要求1所述的一種可視化劈裂注漿擴散過程模擬試驗裝置，其特征是：所述圖像實時采集系統(tǒng)包括激光儀、高精度CCD數碼相機和圖像采集計算機，所述激光儀、高精度CCD數碼相機設置于模擬箱周圍，采集的數據均傳輸給圖像采集計算機。

8.如權利要求7所述的一種可視化劈裂注漿擴散過程模擬試驗裝置，其特征是：所述激光儀發(fā)射片狀激光束，片狀激光束在透明土體內部傳播，對透明土體進行激光切片，形成該切面的粒子散斑圖像；所述高精度CCD數碼相機進行粒子散斑圖像數據的連續(xù)采集。

9.如權利要求7所述的一種可視化劈裂注漿擴散過程模擬試驗裝置，其特征是：所述圖像采集計算機被配置為實現劈裂注漿漿液擴散過程的可視化模擬分析，追蹤漿液擴散過程，獲得劈裂過程中漿脈厚度時空演化規(guī)律、劈裂縫尖端幾何形態(tài)及其運動特征。

10.基于權利要求1-9中任一項所述的裝置的工作方法，其特征是：包括以下步驟：

(1)根據所要研究的土的性質，選擇相應的透明土顆粒材料模擬自然土體顆粒，選擇相應的孔隙流體材料模擬自然土體中的孔隙液體，保證土顆粒材料和孔隙流體材料的透明度；

(2)將配置好的透明土材料倒入模型箱，對柔性透明氣囊進行充壓，達到設定的壓力，關閉閥門，使氣囊內壓力穩(wěn)定；利用抽真空設備，將配制好的模擬材料抽真空，使其具有良好的透明度；

(3)打開大功率激光儀，使試樣內部呈現清晰的粒子散斑，調整高精度CCD數碼相機，使其成像清晰，對土體進行注漿，同時利用高精度CCD數碼相機進行圖像的實時采集，觀察漿液在土體內的劈裂擴散過程，采集圖片和圖像。