[发明专利]一种可视化多介质动水注浆试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种可视化多介质动水注浆试验装置，包括上面层、注浆介质、下面层、加载装置、承压装置、动水入口箱以及废液出口箱；其特征是：

所述下面层为凹槽型，所述动水入口箱和废液出口箱分别设置在下面层的凹槽两端，下面层、动水入口箱和废液出口箱构成注浆介质空间；所述注浆介质置于所述注浆介质空间内，形成注浆介质层；所述上面层与所述注浆介质空间形状适配，上面层扣合在注浆介质之上并将所述注浆介质空间密闭；所述承压装置设在上面层上，将加载装置的压力均匀传递至上面层上；所述动水入口箱与注浆介质空间之间设置入水闸门，所述废液出口箱与注浆介质空间之间设置排液闸门；下面层底部设注浆孔。

2.根据权利要求1所述可视化多介质动水注浆试验装置，其特征是：所述下面层置于平台架上；所述上面层选用透明材质，所述上面层四周贴一层橡胶密封条。

3.根据权利要求1所述可视化多介质动水注浆试验装置，其特征是：所述下面层由矩形钢板制作，其中两长边侧设置一定高度的侧向约束边，形成凹槽型，约束边两端均对向设置一个螺栓拉杆，用于控制约束边变形。

4.根据权利要求1所述可视化多介质动水注浆试验装置，其特征是：所述承压装置由四个直角梯形的带肋钢板焊接而成，与所述上面层的对角线重合。

5.根据权利要求1所述可视化多介质动水注浆试验装置，其特征是：所述承压装置的带肋钢板的底面粘贴一层橡胶垫，带肋钢板相互交叉部位焊接多层肋板，其中位于带肋钢板顶部的一层肋板兼做压头平台。

6.根据权利要求1所述可视化多介质动水注浆试验装置，其特征是：所述加载装置由支腿、杠杆和压头构成，所述支腿竖直固定于下面层约束边的中部，所述杠杆的一端铰接在支腿的顶部，所述压头铰接在杠杆的中部并且与压头平台位置相对应；所述杠杆的另一端设置配重挂钩。

7.根据权利要求1所述可视化多介质动水注浆试验装置，其特征是：所述压头处于与所述压头平台接触位置时，所述杠杆处于水平位置。

8.根据权利要求1所述可视化多介质动水注浆试验装置，其特征是：所述动水入口箱位于下面层一侧的面的下半部分封闭，上半部分焊接金刚纱网并设置闸门；所述动水入口箱底面中心部位设置外接水源的注水孔，顶面设置一个排气孔；

所述废液出口箱位于下面层一侧的面的下半部分封闭，上半部分焊接金刚纱网并设置闸门；所述废液出口箱后面中心偏下部位设置一个排水孔。

9.根据权利要求1所述可视化多介质动水注浆试验装置，其特征是：所述压头的下端镶嵌一个可自由转动的钢珠。

10.一种使用权利要求1-9之一所述的可视化多介质动水注浆试验装置进行可视化多介质动水注浆试验的方法，其步骤如下：

步骤1. 根据试验要求确定注浆介质

选择平面裂隙介质、多孔介质或大孔隙多孔介质；

平面裂隙通过在下面层内部四角放置指定厚度的裂隙垫圈来模拟，则浆液在平面裂隙介质中的流动抽象为Navier-Stokes方程；

多孔介质采用指定渗透率的透明砂来模拟，则浆液在多孔介质中的流动抽象为Darcy定律；

大孔隙多孔介质采用透明岩体碎块来模拟，则浆液在大孔隙多孔介质中的流动抽象为Brinkman方程；

步骤2. 将上面层放在注浆介质之上；然后将承压装置放于上面层之上；最后将加载装置的压头置于承压装置的压头平台上；

步骤3. 将下面层长边两端的螺栓拉杆用高强螺帽拧紧；然后根据所需荷载大小在配重挂钩上挂上砝码；最后将动水入口箱外接承压水源，在注浆孔处外接注浆设备及注浆材料，在试验装置上方架设高速摄像机；

步骤4. 根据试验需要，将动水入口箱的闸门和废液出口箱的闸门打开一定开度，然后将外接承压水源打开，使得动水在注浆介质中保持设定的流速；

步骤5. 打开注浆设备，同时打开高速摄像机记录浆液扩散过程，可以测出浆液扩散速度及形态变化；

步骤6. 在注浆扩散形态保持稳定后，在承压水源中加入示踪颜料，再次打开高速摄像机，可以测出注浆后的动水速度。