[發明專利]一種可視化多介質動水注漿試驗裝置及試驗方法

在審

• 申請號: 202011075371.8
• 申請日: 2020-10-10
• 公開（公告）號: CN112179812A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 韓立軍;許昌毓;董躍;毛佩全;朱合軒;羅港
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00;G01N15/08
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 程化銘

1.一種可視化多介質動水注漿試驗裝置，包括上面層、注漿介質、下面層、加載裝置、承壓裝置、動水入口箱以及廢液出口箱；其特征是：

所述下面層為凹槽型，所述動水入口箱和廢液出口箱分別設置在下面層的凹槽兩端，下面層、動水入口箱和廢液出口箱構成注漿介質空間；所述注漿介質置于所述注漿介質空間內，形成注漿介質層；所述上面層與所述注漿介質空間形狀適配，上面層扣合在注漿介質之上并將所述注漿介質空間密閉；所述承壓裝置設在上面層上，將加載裝置的壓力均勻傳遞至上面層上；所述動水入口箱與注漿介質空間之間設置入水閘門，所述廢液出口箱與注漿介質空間之間設置排液閘門；下面層底部設注漿孔。

2.根據權利要求1所述可視化多介質動水注漿試驗裝置，其特征是：所述下面層置于平臺架上；所述上面層選用透明材質，所述上面層四周貼一層橡膠密封條。

3.根據權利要求1所述可視化多介質動水注漿試驗裝置，其特征是：所述下面層由矩形鋼板制作，其中兩長邊側設置一定高度的側向約束邊，形成凹槽型，約束邊兩端均對向設置一個螺栓拉桿，用于控制約束邊變形。

4.根據權利要求1所述可視化多介質動水注漿試驗裝置，其特征是：所述承壓裝置由四個直角梯形的帶肋鋼板焊接而成，與所述上面層的對角線重合。

5.根據權利要求1所述可視化多介質動水注漿試驗裝置，其特征是：所述承壓裝置的帶肋鋼板的底面粘貼一層橡膠墊，帶肋鋼板相互交叉部位焊接多層肋板，其中位于帶肋鋼板頂部的一層肋板兼做壓頭平臺。

6.根據權利要求1所述可視化多介質動水注漿試驗裝置，其特征是：所述加載裝置由支腿、杠桿和壓頭構成，所述支腿豎直固定于下面層約束邊的中部，所述杠桿的一端鉸接在支腿的頂部，所述壓頭鉸接在杠桿的中部并且與壓頭平臺位置相對應；所述杠桿的另一端設置配重掛鉤。

7.根據權利要求1所述可視化多介質動水注漿試驗裝置，其特征是：所述壓頭處于與所述壓頭平臺接觸位置時，所述杠桿處于水平位置。

8.根據權利要求1所述可視化多介質動水注漿試驗裝置，其特征是：所述動水入口箱位于下面層一側的面的下半部分封閉，上半部分焊接金剛紗網并設置閘門；所述動水入口箱底面中心部位設置外接水源的注水孔，頂面設置一個排氣孔；

所述廢液出口箱位于下面層一側的面的下半部分封閉，上半部分焊接金剛紗網并設置閘門；所述廢液出口箱后面中心偏下部位設置一個排水孔。

9.根據權利要求1所述可視化多介質動水注漿試驗裝置，其特征是：所述壓頭的下端鑲嵌一個可自由轉動的鋼珠。

10.一種使用權利要求1-9之一所述的可視化多介質動水注漿試驗裝置進行可視化多介質動水注漿試驗的方法，其步驟如下：

步驟1. 根據試驗要求確定注漿介質

選擇平面裂隙介質、多孔介質或大孔隙多孔介質；

平面裂隙通過在下面層內部四角放置指定厚度的裂隙墊圈來模擬，則漿液在平面裂隙介質中的流動抽象為Navier-Stokes方程；

多孔介質采用指定滲透率的透明砂來模擬，則漿液在多孔介質中的流動抽象為Darcy定律；

大孔隙多孔介質采用透明巖體碎塊來模擬，則漿液在大孔隙多孔介質中的流動抽象為Brinkman方程；

步驟2. 將上面層放在注漿介質之上；然后將承壓裝置放于上面層之上；最后將加載裝置的壓頭置于承壓裝置的壓頭平臺上；

步驟3. 將下面層長邊兩端的螺栓拉桿用高強螺帽擰緊；然后根據所需荷載大小在配重掛鉤上掛上砝碼；最后將動水入口箱外接承壓水源，在注漿孔處外接注漿設備及注漿材料，在試驗裝置上方架設高速攝像機；

步驟4. 根據試驗需要，將動水入口箱的閘門和廢液出口箱的閘門打開一定開度，然后將外接承壓水源打開，使得動水在注漿介質中保持設定的流速；

步驟5. 打開注漿設備，同時打開高速攝像機記錄漿液擴散過程，可以測出漿液擴散速度及形態變化；

步驟6. 在注漿擴散形態保持穩定后，在承壓水源中加入示蹤顏料，再次打開高速攝像機，可以測出注漿后的動水速度。