[发明专利]模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置及其试验方法

权利要求书

1.一种模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，其特征是：包括双液注浆系统、模型箱系统、支架系统和数据采集及处理系统；

双液注浆系统：包括水泥储浆桶和水玻璃储浆桶，水泥储浆桶和水玻璃储浆桶通过管道与双液注浆机连接，双液注浆机与模型箱连接；

模型箱系统：包括矩形的有机玻璃模型箱，模型箱具有朝上的开口，模型箱底部填充有透明土，透明土上方留有注浆空隙，模型箱的侧壁上带有与所述注浆空隙导通的注浆孔，所述双液注浆机通过管道与所述注浆孔连接，注浆空隙上方可拆卸的固定设置有管片，管片采用透明有机玻璃制成，管片上设有二次注浆预留孔，所述模型箱上设置有限压排水孔，限压排水孔连接水压泵，所述管片与模型箱内壁的配合处进行液密封处理；

支架系统：包括旋转臂及其固定支座，所述旋转臂与模型箱可转动的连接，所述旋转臂与所述固定支座摆动连接；

数据采集及处理系统：包括多台CMOS数码相机、多台激光器、若干数据线和处理并储存数据的计算机，所述多台CMOS数码相机与所述计算机连接。

2.根据权利要求1所述的模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，其特征是：所述注浆孔与双液注浆机之间连接的软管上设置有缓冲器、流速调节阀和浆液测压计；所述模型箱侧壁上对应于管片开设有连接通孔，固定螺栓穿过连接通孔与管片螺纹连接实现锁定，所述管片与模型箱内侧壁的接缝处采用玻璃胶密封条密封处理，所述玻璃胶密封条配置有若干真空吸盘。

3.根据权利要求2所述的模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，其特征是：所述透明土与所需模拟环境的天然土体比重相近、稳定性良好、化学性质稳定、不与间隙流体发生化学反应，且物理化学性质不随时间变化而变化、耐高压、具有良好的透明度。

4.根据权利要求3所述的模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，其特征是：所述透明土采用无定形硅石凝胶及粉末和/或透明玻璃砂和/或熔融石英砂制成。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，其特征是：所述模型箱中配置级配和含水率相同的所述透明土，并将碳纳米管颗粒加入其所述透明土作为示踪粒子。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，其特征是：所述透明土中注入的流体与透明土具有相同或相近的折射率，用以使透明土呈现出透明或者近似透明的性质。

7.根据权利要求6所述的模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，其特征是：所述透明土的孔隙水为溴化钙溶液或者用烷烃类溶剂与矿物油配制的混合液。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，其特征是：所述模型箱侧壁对应于所述注浆空隙所在位置开设有插口，透明板从插口插入注浆空隙中，透明板阻挡所述透明土，所述透明板外端带有拉手且内设有注浆管道。

9.根据权利要求8所述的模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，其特征是：所述管片呈圆弧状，所述透明板呈与管片匹配的圆弧状。

10.一种权利要求1所述的模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置的试验方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤一：

首先收集实际工程的地质勘测数据和管片尺寸数据，根据地质勘测数据和管片尺寸分别定制模型箱和透明土原料，按实际土样配制透明土，并加入纳米管颗粒作为示踪粒子；然后对配制好的土样和实际工程中的土样进行直剪试验和三轴试验来测定其物理性质，比较并确定模拟透明土土样与实际土样的物性相似；

步骤二：

配制好双液浆原料：水泥浆液和水玻璃浆液，并分别装入相应的水泥储浆桶和水玻璃储浆桶中；用软管和三通管将两种浆液的储浆桶与双液注浆机相连，双液注浆机的出浆口连接设有缓冲器、流速调节阀和浆液测压计的软管，将该软管的另一头接入有机玻璃模型箱侧壁的注浆口上，并保证接口的密封性，防止渗漏；

步骤三：

将模型箱的限压排水口与水压泵相连，再将配置好的透明土装入模型箱压实，然后通过真空吸盘组将管片缓缓镶入模型箱内，在预设位置对准孔位，用螺栓固定模拟管片的位置；随后用玻璃胶沿着矩形镶嵌缝隙进行环封，防止浆液沿缝上溢；

步骤四：

旋转臂的底座固定在地面上，根据试验需要调节旋转臂的角度固定模型箱的空间位置；

步骤五：

根据模型箱的位置安置好激光器和相机支架，用数据线连接数码相机和计算机。在相机固定支架上安装CMOS数码相机，调整拍摄的视野，调整光圈和焦距，使得示踪粒子在视野内成像清晰；

步骤六：

在试验过程中，通过CMOS数码相机记录在注浆过程中拍摄视野内的土体以及示踪粒子颗粒的照片，经数据采集系统传输到计算机上进行处理；首先计算用于转换图像与空间坐标的标定点的控制点中心，其次确定分析区域，并将分析区域划分成多个网格，接着利用相关系数计算每帧图像中每个网格的像素坐标，利用相关系数对输出数据进行过滤分析，手动删除有误的输出数据，最后将像素坐标转化为空间坐标，得到土体的变形信息和浆液的填充、扩散情况。