[發明專利]一種模擬巖溶管道涌水的注漿封堵試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201710566070.7
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107328897A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 張霄;劉建國;張慶松;李術才;左金鑫;匡偉;藍雄東
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G09B25/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 趙敏玲

技術領域

本發明涉及一種用于動水注漿封堵試驗的模型裝置，具體涉及一種巖溶管道中高流速水流的注漿封堵模擬試驗裝置及試驗方法。

背景技術

我國可溶巖分布面積廣大約占全國國土面積的三分之一。近年來，我國高速鐵路、高速公路、大型水利水電工程進入高速發展時期，大量地下工程在巖溶區域展開建設。巖溶地區巖溶管道發育普遍，在地下工程修建過程中，經常揭露巖溶管道，極易誘發巖溶管道突涌水災害，造成人員傷亡，財產損失。

大量工程實踐證明，注漿技術在此類巖溶管道高流速動水的封堵過程中能夠取得良好的封堵效果，但由于巖溶管道發育不規律，巖溶管道型涌水具有強差異性、大水壓、高流量、強補給性的特點，使得現有注漿封堵技術盲目性大、多依賴于經驗，注漿封堵理論遠遠滯后于工程實踐，往往造成注漿封堵過程中，注漿材料浪費嚴重，治理過程反復，不能一次性完全封堵等問題。

注漿模型試驗方法可以真實的模擬復雜地質構造，實現多種試驗工況，是建立注漿封堵數學與力學模型，提出新的動水封堵理論的重要依據。可以說注漿模型試驗研究已經成為注漿理論研究的重要手段。

國內外相關研究人員開展了系列巖溶管道涌水注漿封堵模型試驗，但現有模型試驗系統主要存在以下問題：

1、無法實現動水注漿過程中的可視化，漿液與動水的相互耦合作用不能直觀觀察，存在“黑箱”問題。

2、現有模型試驗尺寸小，試驗裝置較為簡單，多采用水平光滑直管路模擬巖溶管道，與實際巖溶管道的賦存狀態存在較大的差異，從而造成試驗結果過于理想化，試驗結論不能應用于實際工程。

3、現有模型試驗裝置均不能提供穩定的高流速動水環境，動水流速一般較小且不均勻，從而造成試驗不能持續進行，因此試驗容易產生較大誤差。

4、試驗過程中，只能測量動水流量變化等簡單的實驗數據，無法對注漿空間中的流速場，壓力場、注漿壓力，漿液沉積等關鍵數據進行采集，

5、現有模型試驗注漿裝置不能改變，只能實現單一工況的模擬，試驗重復性較差，試驗裝置利用率較低。

發明內容

為了解決現有技術存在的上述不足，本發明提供一種可視化的巖溶管道涌水注漿封堵試驗模型裝置，此裝置能夠提供穩定的高流速動水環境，真實度較高的巖溶管道網絡并進行高精確度的多參數數據采集。

本發明的另一目的是提供一種可視化的巖溶管道涌水注漿封堵試驗方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種模擬巖溶管道涌水注漿封堵的模型試驗裝置，包括管道系統、穩壓供水系統、注漿系統、數據采集與處理系統四部分；

所述的管路系統由透明有機玻璃管、金屬支架組成，所述有機玻璃管進口處通過高壓軟管與穩壓供水裝置相連，所述高壓軟管上設有流量閥；所述有機玻璃管出口處設有漿-水采集罐；所述有機玻璃管中部設有注漿孔，所述注漿孔通過高壓輸漿管與注漿系統相連；所述的數據采集與處理系統包括安裝在有機玻璃管上的用于監測水流壓力的壓力傳感器Ⅰ、用于監測動水流量的電磁流量傳感器Ⅱ、以及安裝在所述高壓輸漿管上用于監測漿液壓力的壓力傳感器Ⅲ；所述壓力傳感器Ⅰ、Ⅱ與電磁流量傳感器均與無紙記錄儀相連，所述無紙記錄儀能夠實時記錄管道內的壓力、流量的變化情況，且在注漿封堵過程中，通過高清攝像頭進行注漿過程中的圖像采集。

進一步的，所述的穩壓供水裝置包括承壓水罐、增壓泵、輸水管和壓力控制儀，所述增壓泵通過輸水管與承壓水罐相連，所述壓力控制儀采集承壓水罐的壓力數值，通過數據線控制所述增壓泵的運行。

進一步的，所述的注漿系統包括兩臺注漿泵、閥門和高壓輸漿管；所述的兩臺注漿泵通過高壓輸液管向有機玻璃管內注漿，所述的高壓輸液管上設有閥門。

進一步的，所述有機玻璃管為透明材質，在試驗過程中實現了漿液與水流耦合作用的全過程可視。

進一步的，所述有機玻璃管為模塊化設計，拆裝方面，可根據實際工程中巖溶管道的參數，對有機玻璃管的長度，直徑，彎曲程度，管內的沉積物等進行更改替換，從而實現對不同巖溶管道的模擬。

進一步的，所述有機玻璃管通過金屬支架支撐。

進一步的，所述金屬支架設有高度調節開關，高度可調，從而能夠通過調節支架高度來調節機玻璃管路的水平角度，保證了有機玻璃管對實際巖溶管道的精確模擬。

進一步的，所述承壓水罐由不銹鋼材質制成，可承擔10MPa水壓力。

進一步的，所述承壓水罐設有進水孔、出水孔、泄壓閥，所述進水孔通過耐壓軟管與增壓泵連接，所述的出水孔與有機玻璃管相連；在所述的承壓水罐上設有泄壓閥。