[发明专利]一种可视化交叉裂隙动水注浆试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种交叉裂隙动水注浆模型试验的试验装置及试验方法，具体涉及一种考虑优势渗流通道影响下的可视化交叉裂隙动水注浆试验装置。适用于模拟复杂裂隙网络动水条件下的注浆过程，研究注浆扩散规律与动水封堵机理。 

背景技术

在地下水丰富或岩溶地区建设隧道与地下工程过程中，施工中经常面临着结构防渗、地层加固的挑战，注浆方法是在工程实践中广泛采用的堵水加固措施。通过进行动水条件下的有效注浆，可以起到堵水加固的效果。一方面裂隙岩体中存在不同级别的裂隙网络是地下水渗流的主要通道，另一方面地下水的流动对于注浆浆液粘度变化及凝胶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，本领域非常需要对浆液在裂隙动水条件下的扩散规律及封堵效果影响因素进行研究，而进行交叉裂隙动水条件下的注浆模拟试验，并以此为基础建立交叉裂隙动水条件下的注浆扩散模型是一种有效的研究手段。其关键技术是交叉裂隙环境的模拟和动水环境的模拟，即能够反映裂隙岩体中优势渗流通道的客观实际的地下渗流场的状态。由于试验条件的限制，国内外在模拟裂隙岩体动水条件下的注浆试验装置及试验方法的研究还存在局限性，相关试验平台还比较缺乏。 

在现有技术中，“复杂条件下的裂隙注浆可视化试验装置”公开了一种复杂裂隙条件下的注浆模拟试验装置，对复杂裂隙条件与加载条件下的注浆扩散测试方法进行了相关阐述，但其装置中单一裂隙面的条件与实际裂隙岩体中存在的交叉裂隙网络的渗流路径存在较大不同之处，裂隙面不能够调节倾角，并且裂隙面宽度调节范围小，同时其尺寸相对较小，在模拟裂隙岩体中浆液扩散时存在较为明显的边界效应。“注浆扩散测试装置”公开了一种注浆试验模拟装置，对单一裂隙面内的注浆扩散测试方法进行了相关阐述，但无法模拟复杂裂隙网络条件下的动水条件，注浆过程没有实现全程可视化及流速渗压等重要参数的自动化采集，对现场实际注浆情况的模拟效果不够理想。 

发明内容

本发明的目的就在于对隧道突水突泥灾害注浆治理进行室内模拟试验，研究交叉裂隙动水条件下浆液扩散与封堵机理。提出一种可视化交叉裂隙动水注浆试验装置，可以实现 在交叉裂隙与动水条件下进行注浆模拟试验与分析，试验装置考虑了与实际裂隙网络中优势渗流通道的相似性，以及动水水流条件对注浆浆液扩散及凝胶封堵的影响，并实现了试验过程的可视化，采用光纤式流速计以及渗压计对动水注浆不同位置处的浆液、水流流速和渗压参数进行实时采集记录，并通过与计算机控制系统的连接实现了试验过程的自动化量测。 

本发明的目的是这样实现的： 

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，还包括交叉裂隙平台，交叉裂隙平台包括支撑架、设置在支撑架上的交叉裂隙试验室、设置在交叉裂隙试验室内壁的交叉裂隙、设置在交叉裂隙试验室内的流速传感器和设置在交叉裂隙试验室内的压力传感器； 

还包括向交叉裂隙试验室注水的动水供水装置和向交叉裂隙试验室注浆的气压注浆装置，交叉裂隙试验室与浆液收集装置连接， 

流速传感器和压力传感器均与数据采集装置连接。 

一种可视化交叉裂隙动水注浆试验装置，还包括设置在交叉裂隙平台上方的摄像头，还包括与摄像头连接的图像采集卡和与图像采集卡连接的上位机。 

如上所述的交叉裂隙试验室包括浆液收集接头、浆液混合接头和板式透明腔体，板式透明腔体两端开口，浆液收集接头设置在板式透明腔体一端，浆液混合接头设置在板式透明腔体另一端，浆液收集接头与浆液收集装置连接，浆液混合接头与气压注浆装置连接，注浆孔位于第二玻璃板纵向中心线上，距离进水端400-800mm。 

如上所述的板式透明腔体包括第一玻璃板和第二玻璃板，第一玻璃板位于第二玻璃板上方，交叉裂隙设置在第二玻璃板的内壁，流速传感器和压力传感器设置在第二玻璃板的内壁 

所述的支撑架为螺纹式千斤顶。 

如上所述的交叉裂隙为正交裂隙或者随机交叉裂隙，第一玻璃板和第二玻璃板之间的间距可以在1mm～30mm范围内调节。 

如上所述的第一玻璃板和第二玻璃板均为方形，第一玻璃板的长宽厚分别为2400mm*1200mm*20mm，第二玻璃板的长宽厚分别为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。