[发明专利]一种孔内灌浆压力的动态测量方法

权利要求书

1.一种孔内灌浆压力的动态测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：根据灌浆工艺，分别通过流量计和密度计获取灌浆过程中的流量值Q和密度值ρ₀，并由流量值Q计算得到浆液在注浆管道入口处的速度U_y0；

第二步：确定灌浆压力测量的模型结构：基于格子玻尔兹曼方法建立注浆管道内浆液的流体微团的压力分布函数模型；

第三步：再根据不可压缩流体微团的压力分布函数模型构建灌浆工艺中浆液宏观压力Pm与浆液速度u、浆液密度ρ的泛函关系模型,即其中，f_k(u,ρ)为压力分布函数；同样根据流体微团的压力分布函数构建灌浆工艺中浆液宏观速度Um与浆液速度u、浆液密度ρ的关系模型，即其中，e₁至e₉分别为{(0,0)，(1,0)，(0,1)，(-1,0)，(0，-1)，(1,1)，(-1,1)，(-1，-1)，(1，-1)}；基于上述第二步中确定的灌浆管道内特定孔深位置的浆液压力分布函数进行求和，得到特定灌浆部位的浆液宏观压力和浆液宏观速度；

第四步，以注浆管道最下端的浆液宏观压力代表灌浆工艺中的灌浆压力，根据动态测量的灌浆压力控制灌浆过程中浆液注入流量大小，使得灌浆压力小于灌浆压力设计值；

第五步：当注浆过程中流量的变化量达到10％或者浆液密度发生变化时，则重复上述第一步至第四步，重新获取注浆管道的孔内灌浆压力。

2.根据权利要求1所述的孔内灌浆压力的动态测量方法，其特征在于，上述第二步的具体操作包括以下步骤：

1)构建坐标系：测定注浆管道的直径为d，注浆管道伸入注浆孔内的长度为H，并以注浆管道的左下角为坐标原点建立坐标系，x方向为水平方向，y方向为重力反方向；离线确定x方向的步长Δx和y方向的步长Δy,并将坐标系构成的二维平面进行格子划分，x方向最大格子数记为N_X＝d/Δx，y方向最大格子数记为Ny＝H/Δy；

2)初始化：将整个网格N_X×Ny格子作为计算域，所有格子横竖相交的点设为节点，在整个格子场内将浆液速度、浆液密度和压力分布函数进行初始化；

2.1)浆液速度初始化，浆液在整个格子场内部x,y两个方向的初始速度场都是零,浆液流体流向为y的反方向；在注浆管道的最上端格子上浆液的初始速度设为-U_y0；

2.2)浆液密度的初始化，在整个格子场内浆液密度ρ＝ρ₀；

2.3)压力分布函数的初始化，设定各格子内的压力分布函数f_k初始值等于各自的压力均匀分布函数所述压力均匀分布函数通过引入不可压缩流体模型来确立，fkeq=mkCS2[ρ+ρ0(1+3.0*ek*u+4.5(ek*u)2-1.5u)],]]>其中m_k为权重系数、m₁至m₉分别为[4/9，1/9，1/9，1/9，1/9，1/36，1/36，1/36，1/36],u为格子内浆液速度；

3)注浆管道内边界格子的处理：

3.1)左边界处理：左边界格子的压力分布函数值＝本格子的压力均匀分布函数值+右边相邻格子的压力分布函数值-右边相邻格子的压力均匀分布函数值；

3.2)右边界处理：右边界格子的压力分布函数值＝本格子的压力均匀分布函数值+左边相邻格子的压力分布函数值–左边相邻格子的压力均匀分布函数值；

3.3)上边界处理：上边界格子的速度＝-U_y0；上边界格子的压力分布函数值＝本格子的压力均匀分布函数值+下边相邻格子的压力分布函数值–下边相邻格子的压力均匀分布函数值；

3.4)下边界处理：下边界格子的速度值＝上边相邻格子的速度值；下边界格子的压力分布函数值＝本格子的压力均匀分布函数值+上边相邻格子的压力分布函数值–上边相邻格子的压力均匀分布函数值；

4)确定压力分布函数演化过程：计算域内不同空间位置处每个格子内的压力分布函数f_k通过压力分布函数的演化方程来确定，压力分布函数的演化方程为fk(x+Δx,t+Δt)=fk(x,t)+(fkeq(x,t)-fk(x,t))/tau,]]>其中tau为压力分布函数的松弛因子，Δx为空间上的离散量，Δt为时间上的离散量，且Δx＝e_kΔt；在整个格子场开展压力分布函数演化方程的迭代运算，迭代次数为N_X×Ny×9，最终获取每个格子内的压力分布函数f_k。