[发明专利]一种可视化交叉裂隙动水注浆试验装置及方法

权利要求书

1.一种可视化交叉裂隙动水注浆试验装置，包括浆液收集装置（1），其特征在于，还包括交叉裂隙平台（2），交叉裂隙平台（2）包括支撑架（3）、设置在支撑架（3）上的交叉裂隙试验室（4）、设置在交叉裂隙试验室（4）内壁的交叉裂隙（5）、设置在交叉裂隙试验室（4）内的流速传感器（6）和设置在交叉裂隙试验室（4）内的压力传感器（7）；

还包括向交叉裂隙试验室（4）注水的动水供水装置（8）和向交叉裂隙试验室（4）注浆的气压注浆装置（9），交叉裂隙试验室（4）与浆液收集装置（1）连接，

流速传感器（6）和压力传感器（7）均与数据采集装置（13）连接。

2.根据权利要求1所述的一种可视化交叉裂隙动水注浆试验装置，其特征在于，还包括设置在交叉裂隙平台（2）上方的摄像头（10），还包括与摄像头（10）连接的图像采集卡（11）和与图像采集卡（11）连接的上位机（12）。

3.根据权利要求1所述的一种可视化交叉裂隙动水注浆试验装置，其特征在于，所述的交叉裂隙试验室（4）包括浆液收集接头（401）、浆液混合接头（402）和板式透明腔体（403），板式透明腔体（403）两端开口，浆液收集接头（401）设置在板式透明腔体（403）一端，浆液混合接头（402）设置在板式透明腔体（403）另一端，浆液收集接头（401）与浆液收集装置（1）连接，浆液混合接头（402）与气压注浆装置（9）连接，注浆孔（404）位于第二玻璃板纵向中心线上，距离进水端400-800mm。

4.根据权利要求3所述的一种可视化交叉裂隙动水注浆试验装置，其特征在于，所述的板式透明腔体（403）包括第一玻璃板（405）和第二玻璃板（406），第一玻璃板（405）位于第二玻璃板（406）上方，交叉裂隙（5）设置在第二玻璃板（406）的内壁，流速传感器（6）和压力传感器（7）设置在第二玻璃板（406）的内壁

所述的支撑架（3）为螺纹式千斤顶。

5.根据权利要求4所述的一种可视化交叉裂隙动水注浆试验装置，其特征在于，所述的交叉裂隙（5）为正交裂隙或者随机交叉裂隙，第一玻璃板（405）和第二玻璃板（406）之间的间距可以在1mm~30mm范围内调节。

6.根据权利要求5所述的一种可视化交叉裂隙动水注浆试验装置，其特征在于，所述的第一玻璃板（405）和第二玻璃板（406）均为方形，第一玻璃板（405）的长宽厚分别为2400mm*1200mm*20mm，第二玻璃板（406）的长宽厚分别为2400mm*1200mm*50mm；正交裂隙中其中一组同方向的裂隙的宽度为5mm，深度为10mm，且与第二玻璃板（406）的长边方向的角度为45度；另一组同方向的裂隙的宽度为2mm，深度为10mm。

7.根据权利要求6所述的一种可视化交叉裂隙动水注浆试验装置，其特征在于，在距离注浆孔（404）500mm范围内沿交叉裂隙平台（2）的纵向中心线两侧分别对称布置5个流速传感器（6），在距离注浆孔（404）500mm范围内沿交叉裂隙平台（2）的纵向中心线两侧分别对称布置5个压力传感器（7），在距离注浆孔（404）500mm范围以外，沿试验平台交叉裂隙平台（2）的纵向中心线两侧分别对称布置8个流速传感器（6），沿试验平台交叉裂隙平台（2）的纵向中心线两侧分别对称布置8个压力传感器（7）。

8.根据权利要求7所述的一种可视化交叉裂隙动水注浆试验装置，其特征在于，所述的动水供水装置（8）包括支架（801）和放置在支架（801）上的水箱（802），水箱（802）包括进水口（803）、出水口（804）和设置在水箱（802）内的水位限制挡板（805），水箱（802）上还设置有溢流孔（806）；

所述的气压注浆装置（9）包括气罐（901）和储浆罐（902），气罐（901）通过调压阀（903）与储浆罐（902）连接，储浆罐（902）与交叉裂隙试验室（4）连接。

9.根据权利要求8所述的一种可视化交叉裂隙动水注浆试验装置，其特征在于，水流由动水供水装置（8）流出，经由三通接头分为两股水流进入从交叉裂隙试验室（4）的侧部进入交叉裂隙试验室（4）。

10.一种可视化交叉裂隙动水注浆试验方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤1：调节交叉裂隙平台（2）至水平状态，布置流速传感器（6）和压力传感器（7），将气压注浆装置（9）通过注浆管路连接至设置在交叉裂隙平台（2）上的注浆孔（404），并将动水供水装置（8）通过动水供水管路经由三通接头连接至交叉裂隙试验室（4）；在距离注浆孔（404）500mm范围内沿交叉裂隙平台（2）的纵向中心线两侧分别对称布置5个流速传感器（6），在距离注浆孔（404）500mm范围内沿交叉裂隙平台（2）的纵向中心线两侧分别对称布置5个压力传感器（7），在距离注浆孔（404）500mm范围以外，沿试验平台交叉裂隙平台（2）的纵向中心线两侧分别对称布置8个流速传感器（6），沿试验平台交叉裂隙平台（2）的纵向中心线两侧分别对称布置8个压力传感器（7）；

步骤2：将流速传感器（6）和压力传感器（7）连接至数据采集装置（13），设定采集频率及数据存储参数，将交叉裂隙平台采用玻璃胶密封完好；

步骤3：根据试验方案配制注浆浆液，其中注浆浆液可以采用单液水泥浆或者水泥水玻璃双液浆或其它化学浆液，注入储浆罐（902）中备用，将气压注浆装置（9）管路连接完好，并留取浆液样给出品用于测定浆液密度、粘度及凝胶时间；

步骤4：通过调整供水水箱高度提供不同的动水水头，待流速稳定后通过流速传感器测定动水流速；

步骤5：开启气压注浆装置（9），将注浆压力设为预定值，进行动水条件下的注浆扩散与封堵试验；

步骤6：通过设置在试验平台上方的高清摄像机，对注浆过程进行图像记录；

步骤7：待浆液扩散至出水口边界或者将动水水流被浆液封堵完全之后停止注浆，清洗注浆系统及试验平台；

步骤8：改变不同试验条件，可以得到裂隙环境、动水流速、浆液粘度、浆液凝胶时变特性、浆液抗分散性质对浆液扩散规律和动水封堵的影响。