动水条件下模拟多工况注浆性能效果评价试验装置及方法与流程

1.本发明属于注浆材料材料性能测试与效果评价设备技术领域，涉及一种动水条件下多工况注浆性能测试与效果评价试验装置及其试验的方法。


背景技术：

2.我国矿山、水利、交通等地下工程常会遇到大量卵砾石层、破碎岩体、强导水裂隙、断层破碎带、岩体裂缝、溶洞、巷道等动水注浆工程，在这些高压大流量动水工程治理中，传统的注浆材料难以满足工程需要，新型动水注浆封堵材料的开发和应用需求应运而生。在动水条件下传统水泥浆液容易稀释、分散，从而丧失对涌水的封堵作用，针对孔隙、裂隙或空洞型动水条件，开发动水环境下留存率高、环境友好、经济性好的注浆材料成为行业内的一个难点和热点。开发动水条件下新型注浆材料或模拟实际工况进行注浆效果评价时均要用到模拟动水条件的注浆试验装置，现有实用新型专利“一种动水条件下裂隙多孔注浆模拟试验装置”(cn211784975u)主要针对裂隙注浆工况，模拟多孔注浆过程，获得浆液扩散规律。发明专利“模拟深埋地层动水条件下高压注浆装置及试验方法”(cn108196034)主要模拟深埋地层动水条件下的高压动水环境和高压注浆过程，得出浆液扩散规律。发明专利“承压动水条件下高聚物裂隙注浆模型试验装置及试验方法”(cn109342274a)通过可视化裂隙试验台测试承压动水条件下高聚物裂隙注浆扩散特性。实用新型专利“一种承压动水条件下注浆加固试验装置”(cn201724888u)采用耐压密闭容器和可控水压接口模拟高承压、动水条件下的注浆环境。实用新型专利“一种动水条件下注浆封堵效果评价装置”(cn210690337u)通过动水系统、注浆系统、模拟裂隙设备、废液收集桶、数据采集及处理系统和图像采集系统观察不同流速和流向动水下浆液注入裂隙后的扩散过程和规律。发明专利“一种模拟动水环境下砂砾地层注浆扩散半径的试验方法”(cn109211736a)通过采集现场的砂砾试样填充进不锈钢箱体中，采用注浆管和注水管将浆液和水注入箱体中，观测注浆浆液在砂砾试样中的扩散特征。现有试验装置存在模拟工况单一、无法模拟多种工况、裂缝高度不可调节、裂缝或通道的角度不可调、注浆过程监测效果差、无法评价注浆留存效果、废液产生量大且无法有效利用等问题。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种动水条件下多工况注浆性能测试效果评价试验装置及方法，解决现有技术中模拟工况单一、模拟工况少、裂缝或通道的高度和角度不可调节、注浆过程监测效果差、无法评价注浆留存效果、废液产生量大且无法有效利用的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
5.一种动水条件下多工况注浆性能测试效果评价试验装置，包括注水水箱、注水管路、注水泵、控制阀、稳压水槽、稳压过滤网、试验槽、支撑系统、废液收集与过滤系统、摄像系统、制浆桶、注浆泵、泵控制阀和注浆管；
6.所述注水水箱通过注水管路连通至稳压水槽，注水泵和控制阀设在注水管路上；
7.所述稳压水槽底侧部与试验槽连通，且在稳压水槽内底部安装所述稳压过滤网(6)，稳压水槽中的水通过稳压过滤网将稳定均匀的水流输送至试验槽中以形成设定水压和流速的动水环境；
8.所述试验槽包括底板、侧板、尾板、可升降上盖板、试验缝、出水口、注浆口、密封胶条、压缩弹簧、流速与水压传感器以及压板组件；所述底板、两个侧板、尾板和稳压水槽下侧壁围成顶部开口的试验槽本体，且稳压水槽底部固定在底板上，稳压水槽与尾板相对；所述可升降上盖板密封盖在试验槽本体顶部开口内，可升降上盖板与底板之间的空间为所述试验缝；在可升降上盖板上设有所述注浆口；在尾板和底板连接处设有所述出水口；所述密封胶条设在试验缝内且紧贴底板和可升降上盖板，两个密封胶条相互平行且均沿水流方向布设，两个密封胶条之间的距离可调以调节试验缝的宽度；所述压缩弹簧设在密封胶条内以控制可升降上盖板升降从而调节试验缝的高度；所述压板组件设在可升降上盖板上以定位可升降上盖板；所述流速与水压传感器设在底板上，以实时记录试验缝中的浆液流动范围、水头压力、流速和浆液留存质量；
9.所述废液收集与过滤系统设在出水口下方并与注水水箱连通；
10.所述支撑系统安装在试验槽下方以支撑并调节试验槽的倾向和倾角；
11.所述摄像系统设在试验槽上方并能随试验槽角度变化以实时监测试验缝中的扩散特征；
12.所述制浆桶通过注浆管连通至试验槽的注浆口，以使浆液在试验缝模拟的动水环境中扩散；注浆泵和泵控制阀设在注浆管上。
13.本发明还包括如下技术特征：
14.具体的，所述压板组件包括设在可升降上盖板上的纵向压条、横向压条和螺栓；纵向压条设在可升降上盖板上，纵向压条沿试验缝内水流方向布设且纵向压条有多个并相互平行；横向压条有多个均位于纵向压条上并与纵向压条相垂直；螺栓连接横向压条、可升降上盖板和底板；调节螺栓使压力沿横向压条、纵向压条和可升降上盖板层层传递后压迫密封胶条内部的压缩弹簧收缩，实现可升降上盖板的下降，调节试验缝的高度。
15.具体的，所述支撑系统包括安装在底板下的两个横向肋柱、以及与横向肋柱垂直的两个纵向肋柱、四个球形支座、四个液压支柱、四个底座、液压油泵、四根液压油管及油压表；横向肋柱和纵向肋柱垂直交叉部位铰接所述球形支座，且球形支座设在液压支柱上端，液压支柱底部设有所述底座，底座给支撑体系提供稳定的支撑力；液压油泵通过液压油管分别给4个液压支柱输送液压油，根据设定角度要求驱动每个液压支柱升降。
16.具体的，所述废液收集与过滤系统包括废液收集仓、废液过滤格栅、清水仓、回水管、回水泵和回水流量计；废液收集仓和清水仓之间通过废液过滤格栅隔开，其中废液收集仓位于出水口下方，清水仓通过回水管连通至注水水箱，回水泵和回水流量计设在回水管上。
17.具体的，所述摄像系统包括摄像机、横支架和竖支架；竖支架下端安设在试验槽的侧板上，横支架连在竖支架上端和稳压水槽顶部，横支架和竖支架组成一个稳定的桁架；摄像机安设在横支架上并位于试验槽的正中间的上方；摄像系统能根据试验槽的角度变化而变化，始终平行于试验缝，实时监测浆液在试验缝中的扩散特征。
18.具体的，所述注浆泵包括泵压力表和泵流量表；通过泵压力表记录注浆泵输出的浆液压力，泵流量表统计每个试验过程中浆液的流量。
19.一种动水条件下多工况注浆性能测试效果评价试验方法，该方法通过所述的动水条件下多工况注浆性能测试效果评价试验装置实现，包括以下步骤：
20.步骤一，在工程现场测量裂隙中水文地质条件和地层参数：动水压力为p
实
、流速为ν
实
以及地层孔隙率为n
实
、裂隙开度为h
实
、裂隙倾角为α
实
，或通道高度为h
实
、宽度为l
实
、通道倾角为α
实
；
21.步骤二，根据步骤一的水文地质条件和地层参数，在试验槽中刻画出试验缝中孔隙率为n＝n
实
、裂隙开度为h＝h
实
或通道高度为h＝h
实
、宽度为l＝l
实
的地层条件，模拟真实的孔隙、裂隙或大通道地层工况；
22.步骤三，在试验槽的试验缝中填充孔隙材料模拟孔隙率为n＝n
实
的孔隙注浆地层，通过调节螺栓的长度而升高或降低密封胶条中的压缩弹簧的高度，使可升降上盖板与底板之间的高度为h＝h
实
；
23.或在试验槽的试验缝中设置裂隙高度为h＝h
实
的裂隙注浆地层，通过调节螺栓的长度而升高或降低密封胶条中的压缩弹簧的高度，使可升降上盖板与底板之间构建的裂缝高度为h＝h
实
，与真实地层一致；
24.或在试验槽的试验缝中设置空间高度为h＝h
实
的巷道、溶洞或采空区，通过调节螺栓的长度而升高或降低密封胶条中的压缩弹簧的高度，使可升降上盖板与底板之间构建的空间高度为h＝h
实
，通过调节密封胶条与两侧板之间的距离调整空间宽度为l＝l
实
,与真实工况一致；
25.步骤四，在注水水箱中注水，通过注水泵将注水水箱中的水经过注水管路泵送至稳压水槽中，注水泵泵压为p
泵
、稳压水槽高度为h
稳
，根据公式(1)将试验缝中的水压调节至设计所需的参数p
设
，稳压水槽中的水通过稳压过滤网将稳定、均匀的水流输送至试验槽的试验缝中，形成稳定水压为p
设
＝p
实
、流速为ν
设
＝ν
实
的稳定动水环境；
26.p
设
＝p
泵
ρ
水
gh
稳
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
27.式中：
28.p
设
—试验缝要求达到的水头压力，
29.p
泵
—注水泵输出的水头压力，
30.ρ
水
—水的密度，
31.g—重度，
32.h
稳
—稳压水槽的高度；
33.步骤五，支撑系统的液压油泵通过液压油管分别给4个液压支柱输送液压油，根据实际地层裂隙或通道倾角α
实
设定试验缝的角度，液压油泵驱动每个液压支柱升降；4个液压支柱的升高长度分别为l
左1
、l
左2
、l
右1
、l
右2
，通过液压控制4个方位的液压支柱，根据实际工况调整地层裂隙或大通道的倾角α＝α
实
、倾向，同时通过球形支座保证不同倾角条件下试验槽的平稳；
[0034][0035]
式中：
[0036]
α—试验槽模拟的裂隙倾角，
[0037]
l
左1
、l
左2
、l
右1
、l
右2
—分别为4个液压支柱的升高长度，
[0038]smax、min
—液压支柱最高点与最低点之间在试验槽上的长度；
[0039]
步骤六，制浆桶中制备正在开发的动水抗分散注浆材料或工程现场拟使用的注浆材料，注浆泵将制浆桶中制备的浆液通过注浆管泵送至试验槽的注浆口，通过注浆口将浆液注入试验槽的试验缝模拟的动水环境中；通过泵压力表记录注浆泵输出的浆液压力p
浆
，泵流量表统计每个试验过程中浆液的流量q；
[0040]
步骤七，通过试验槽的底板上横向间距为sy、纵向间距sx的流速与水压传感器监测试验缝中的水流流速v、水头压力p、纵向扩散距离x、横向扩散距离y、浆液留存面积s；根据公式(3)计算得出浆液留存体积v，根据公式(4)计算出留存质量m，根据公式(5)计算出动水环境下浆液纵向扩散半径r
纵
，根据公式(6)计算出动水环境下浆液横向扩散半径r
纵
，在线分析动水条件下注浆材料扩散规律和注浆封堵效果；
[0041]
v＝∫ns
x
sy(p
泵
p
稳-p)/ρ
水gꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0042]
m＝ρ
浆
v＝ρ
浆
∫ns
x
sy(p
泵
p
稳-p)/ρ
水gꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0043]r纵
＝x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0044]r横
＝y/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0045]
式中：
[0046]
v—浆液冲刷后留存体积，
[0047]
m—浆液冲刷后留存的质量，
[0048]sx
—流速与水压传感器纵向间距，
[0049]
sy—流速与水压传感器横向间距，
[0050]
n—横向与纵向占据的方格数量，
[0051]
p
泵
—注水泵输出的水头压力，
[0052]
p
稳
—稳压水槽的水头压力，
[0053]
p—第i个流速与水压传感器监测到的水头压力，
[0054]
ρ
水
—水的密度，
[0055]
ρ
浆
—浆体的密度，
[0056]
g—重度，
[0057]h稳
—稳压水槽的高度，
[0058]r横
—浆液横向扩散半径，
[0059]r纵
—浆液纵向扩散半径，
[0060]
x—浆液在试验槽中纵向扩散的距离，
[0061]
y—浆液在试验槽中横向扩散的距离；
[0062]
步骤八，通过摄像系统实时监测浆液在试验缝中的扩散特征，记录浆液在动水环境下的扩散形态及流动方向；
[0063]
步骤九，通过注浆液的质量m
注
与试验槽中留存的浆液质量m的比值，根据公式(7)可得出浆液留存率β：
[0064]
[0065]
m—浆液冲刷后留存的质量，
[0066]m注
—注入试验槽中的浆液质量，
[0067]
q—统计的注入试验槽中的浆液流量，
[0068]
ρ
浆
—浆体的密度；
[0069]
步骤十，经过试验槽的水和浆液混合的浑水通过出水口流入废液收集仓，废液收集仓中的浆液与水混合的浑水在渗透压力作用下流经废液过滤格栅，浑水在废液过滤格栅中流动的过程中净化，清水进入清水仓，而浊水留在废液收集仓，回水泵通过回水管将清水仓中过滤后的清水回注到注水水箱中，并采用回水流量计统计回用水量，实现废水的净化和再利用。
[0070]
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0071]
(ⅰ)本发明通过注水泵、注浆泵、稳压水槽、试验槽、支撑系统、废液收集与过滤系统和摄像系统实现了孔隙、裂隙和大通道等动水工况条件下注浆材料性能测试和注浆效果评价，解决了现有技术中模拟工况单一、模拟工况少、无法评价注浆留存效果的问题。
[0072]
(ⅱ)本发明在试验槽前端增设了稳压水槽和稳压过滤网，实现了孔隙、裂隙和大通道等动水工况条件下水压的稳定和定量可调，根据实验要求提供准确和稳定的动水水压、流量，确保试验工况的逼真和稳定。
[0073]
(ⅲ)本发明在试验槽下部设置了支撑系统，通过液压控制4个方位的液压支柱，根据实际工况设置不同倾角、倾向的地层裂隙和大通道，球形支座实现了大倾角条件下试验槽的平稳。
[0074]
(ⅳ)本发明的试验槽通过可升降上盖板、压缩弹簧和连接螺栓实现了试验缝开度的自动调节，可模拟微裂缝、中裂缝和大型裂缝等多种工程实际情况，反演了注浆工程现场，试验数据可信度提高，解决了裂缝或通道的高度和角度不可调节的问题。
[0075]
(
ⅴ
)本发明的试验槽通过可升降上盖板、试验缝和流速与水压传感器实现了动水条件下流速、水头压力、浆液留存体积与留存质量的实时计量，在线分析动水条件下注浆材料扩散规律和注浆封堵效果，解决了现有技术中动水条件下注浆过程监测效果差、无法评价注浆留存状态的问题。
[0076]
(ⅵ)本发明的废液收集与过滤系统将废液收集仓的浆液与水混合的浑水经过废液过滤格栅净化后进入清水仓，将过滤后的清水回注到注水水箱中，实现了废水的净化和再利用，解决了废液产生量大且无法有效利用的问题。
附图说明
[0077]
图1是本发明装置整体结构示意图；
[0078]
图2是本发明试验槽结构示意图；
[0079]
图3是本发明试验槽右视图；
[0080]
图4是本发明稳压水槽和试验槽除去可升降上盖板和压板组件后的俯视图；
[0081]
图5是本发明试验槽纵向剖面图；
[0082]
图6是本发明试验槽横向剖面图；
[0083]
图7是废液收集与过滤系统剖面图。
[0084]
图中各个标号的含义为：1、注水水箱，2、注水管路，3、注水泵，3-1、压力表，3-2、流
量表，4、控制阀，5、稳压水槽，6、稳压过滤网，7、试验槽，7-1、底板，7-2、侧板，7-3、尾板，7-4、可升降上盖板，7-5、试验缝，7-6、出水口，7-7、注浆口，7-8、密封胶条，7-9、螺栓，7-10、流速与水压传感器，7-11、纵向压条，7-12、横向压条，7-13、压缩弹簧，8、支撑系统，8-1、横向肋柱，8-2、纵向肋柱，8-3、球形支座，8-4、液压支柱，8-5、底座，8-6、液压油泵，8-7、液压油管，8-8、油压表，9、废液收集与过滤系统，9-1、废液收集仓，9-2、废液过滤格栅，9-3、清水仓，9-4、回水管，9-5、回水泵，9-6、回水流量计，10、摄像系统，10-1、摄像机，10-2、横支架，10-3、竖支架，11、制浆桶，12、注浆泵，12-1、泵压力表，12-2、泵流量表，13、泵控制阀，14、注浆管。
具体实施方式
[0085]
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
[0086]
实施例1：
[0087]
本实施例提供一种动水条件下多工况注浆性能测试效果评价试验装置，包括注水水箱1、注水管路2、注水泵3、控制阀4、稳压水槽5、稳压过滤网6、试验槽7、支撑系统8、废液收集与过滤系统9、摄像系统10、制浆桶11、注浆泵12、泵控制阀13和注浆管14；
[0088]
注水水箱1通过注水管路2连通至稳压水槽5，注水泵3和控制阀4设在注水管路2上，注水泵3能将注水水箱1中的水通过注水管路2泵送至稳压水槽5中，且注水泵3和稳压水槽5能将水压调节至设计参数；本实施例中，注水泵3内设有压力表3-1和流量表3-2；
[0089]
稳压水槽5底侧部与试验槽7连通，且在稳压水槽5内底部安装稳压过滤网6，稳压水槽5中的水通过稳压过滤网6将稳定均匀的水流输送至试验槽7中以形成设定水压和流速的动水环境；
[0090]
试验槽7包括底板7-1、侧板7-2、尾板7-3、可升降上盖板7-4、试验缝7-5、出水口7-6、注浆口7-7、密封胶条7-8、压缩弹簧7-13、流速与水压传感器7-10以及压板组件；底板7-1、两个侧板7-2、尾板7-3和稳压水槽5下侧壁围成顶部开口的试验槽本体，且稳压水槽5底部固定在底板7-1上，稳压水槽5与尾板7-3相对；可升降上盖板7-4密封盖在试验槽本体顶部开口内，可升降上盖板7-4与底板7-1之间的空间为试验缝7-5；在可升降上盖板7-4上设有注浆口7-7；在尾板7-3和底板7-1连接处设有出水口7-6；密封胶条7-8设在试验缝7-5内且紧贴底板7-1和可升降上盖板7-4，两个密封胶条7-8相互平行且均沿水流方向布设，两个密封胶条7-8之间的距离可调以调节试验缝7-5的宽度；压缩弹簧7-13设在密封胶条7-8内以控制可升降上盖板7-4升降从而调节试验缝7-5的高度；压板组件设在可升降上盖板7-4上以定位可升降上盖板；流速与水压传感器7-10设在底板7-1上，以实时记录试验缝7-5中的浆液流动范围、水头压力、流速和浆液留存质量，根据监测数据评价浆液在动水条件下的扩散规律和注浆效果；
[0091]
废液收集与过滤系统9设在出水口7-6下方并与注水水箱1连通；
[0092]
支撑系统8安装在试验槽7-1下方以支撑并调节试验槽7-5的倾向和倾角；
[0093]
摄像系统10设在试验槽7上方并能随试验槽7角度变化以实时监测试验缝7-5中的扩散特征；
[0094]
制浆桶11通过注浆管14连通至试验槽7的注浆口7-7，以使浆液在试验缝7-5模拟
的动水环境中扩散；注浆泵12和泵控制阀13设在注浆管14上。
[0095]
压板组件包括设在可升降上盖板7-4上的纵向压条7-11、横向压条7-12和螺栓7-9；纵向压条7-11设在可升降上盖板7-4上，纵向压条7-11沿试验缝7-5内水流方向布设且纵向压条7-11有多个并相互平行；横向压条7-12有多个均位于纵向压条7-11上并与纵向压条7-11相垂直；螺栓7-9连接横向压条7-12、可升降上盖板7-4和底板7-1；调节螺栓7-9使压力沿横向压条7-12、纵向压条7-11和可升降上盖板7-4层层传递后压迫密封胶条7-8内部的压缩弹簧7-13收缩，实现可升降上盖板7-4的下降，调节试验缝7-5的高度h。
[0096]
通过在试验槽7前端增设稳压水槽5和稳压过滤网6，能实现孔隙、裂隙和大通道等动水工况条件下水压p
设
的稳定和定量可调，根据实验要求提供准确和稳定的动水水压、流量；动水工况条件下试验缝要求达到的水头压力p
设
：
[0097]
p
设
＝p
泵
ρ
水
gh
稳
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0098]
式中：
[0099]
p
设
—试验缝要求达到的水头压力，
[0100]
p
泵
—注水泵输出的水头压力，
[0101]
ρ
水
—水的密度，
[0102]
g—重度，
[0103]h稳
—稳压水槽的高度。
[0104]
支撑系统8包括安装在底板7-1下的两个横向肋柱8-1、以及与横向肋柱8-1垂直的两个纵向肋柱8-2、四个球形支座8-3、四个液压支柱8-4、四个底座8-5、液压油泵8-6、四根液压油管8-7及油压表8-8；2个横向肋柱8-1分别安设在试验槽7的底板7-1下部前端和后端，2个纵向肋柱8-2分别安设在试验槽7的底板7-1下部两侧；横向肋柱8-1和纵向肋柱8-2垂直交叉部位铰接球形支座8-3，且球形支座8-3设在液压支柱8-4上端，液压支柱8-4底部设有底座8-5，底座8-5给支撑体系8提供稳定的支撑力；液压油泵8-6通过液压油管8-7分别给4个液压支柱8-4输送液压油，根据设定角度要求驱动每个液压支柱8-4升降；4个液压支柱8-4的升高长度分别为l
左1
、l
左2
、l
右1
、l
右2
，通过液压控制4个方位的液压支柱8-4，根据实际工况调整地层裂隙和大通道的不同倾角、倾向，同时球形支座8-3保证了不同倾角条件下试验槽7的平稳；
[0105]
4个液压支柱8-4的升高长度分别为l
左1
、l
左2
、l
右1
、l
右2
，则有：
[0106][0107]
式中：
[0108]
α—试验槽模拟的裂隙倾角，
[0109]
l
左1
、l
左2
、l
右1
、l
右2
—分别为4个液压支柱的升高长度，
[0110]smax、min
—液压支柱最高点与最低点之间在试验槽上的长度。
[0111]
流速与水压传感器7-10内包含流速感知单元、水压感知单元和重量感知单元，横向按照sy间距、纵向按照sx间距阵列布设在底板7-1上，通过试验缝7-5的高度和监测到的水流流速v、水头压力p、纵向扩散距离x、横向扩散距离y、浆液留存面积s计算得出浆液留存体积v、留存质量m，在线分析动水条件下注浆材料扩散规律和注浆封堵效果。
[0112]
v＝∫ns
x
sy(p
泵
p
稳-p)/ρ
水gꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0113]
m＝ρ
浆
v＝ρ
浆
∫ns
x
sy(p
泵
p
稳-p)/ρ
水gꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0114]r纵
＝x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0115]r横
＝y/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0116]
式中：
[0117]
v—浆液冲刷后留存体积，
[0118]
m—浆液冲刷后留存的质量，
[0119]sx
—流速与水压传感器纵向间距，
[0120]
sy—流速与水压传感器横向间距，
[0121]
n—横向与纵向占据的方格数量，
[0122]
p
泵
—注水泵输出的水头压力，
[0123]
p
稳
—稳压水槽的水头压力，
[0124]
p—第i个流速与水压传感器监测到的水头压力，
[0125]
ρ
水
—水的密度，
[0126]
ρ
浆
—浆体的密度，
[0127]
g—重度，
[0128]h稳
—稳压水槽的高度，
[0129]r横
—浆液横向扩散半径，
[0130]r纵
—浆液纵向扩散半径，
[0131]
x—浆液在试验槽中纵向扩散的距离，
[0132]
y—浆液在试验槽中横向扩散的距离。
[0133]
废液收集与过滤系统9包括废液收集仓9-1、废液过滤格栅9-2、清水仓9-3、回水管9-4、回水泵9-5和回水流量计9-6；废液收集仓9-1和清水仓9-3之间通过废液过滤格栅9-2隔开，其中废液收集仓9-1位于出水口7-6下方，清水仓9-3通过回水管9-4连通至注水水箱1，回水泵9-5和回水流量计9-6设在回水管9-4上；经过试验槽7的水和浆液混合的浑水通过出水口7-6流入废液收集仓9-1，废液收集仓9-1中的浆液与水混合的浑水在渗透压力作用下流经废液过滤格栅9-2，浑水在废液过滤格栅9-2中流动的过程中净化，清水进入清水仓9-3，而浊水留在废液收集仓9-1，回水泵9-5通过回水管9-4将清水仓9-3中过滤后的清水回注到注水水箱1中，并采用回水流量计9-6统计回用水量，实现废水的净化和再利用，解决了废液产生量大且无法有效利用的问题。
[0134]
摄像系统10包括摄像机10-1、5个横支架10-2和4个竖支架10-3；竖支架10-3下端安设在试验槽7的侧板7-2上，横支架10-2连在竖支架10-3上端和稳压水槽5顶部，横支架10-2和竖支架10-3组成一个稳定的桁架；摄像机10-1安设在横支架10-2上并位于试验槽7的正中间的上方；摄像系统10能根据试验槽7的角度变化而变化，始终平行于试验缝7-5，实时监测浆液在试验缝7-5中的扩散特征；
[0135]
注浆泵12包括泵压力表12-1和泵流量表12-2；通过泵压力表12-1记录注浆泵输出的浆液压力p
浆
，泵流量表12-2统计每个试验过程中浆液的流量q；
[0136]
通过注浆液的质量m
注
与试验槽中留存的浆液质量m的比值，可得出浆液留存率：
[0137]
[0138]
m—浆液冲刷后留存的质量，
[0139]m注
—注入试验槽中的浆液质量，
[0140]
q—统计的注入试验槽中的浆液流量，
[0141]
ρ
浆
—浆体的密度。
[0142]
实施例2：
[0143]
本实施例提供一种动水条件下多工况注浆性能测试效果评价试验方法，包括以下步骤：
[0144]
步骤一，在工程现场测量裂隙中水文地质条件和地层参数：动水压力为p
实
、流速为ν
实
以及地层孔隙率为n
实
、裂隙开度为h
实
、裂隙倾角为α
实
，或通道高度为h
实
、宽度为l
实
、通道倾角为α
实
；
[0145]
步骤二，根据步骤一的水文地质条件和地层参数概化动水条件注浆试验模型，在试验槽中刻画出试验缝中孔隙率为n＝n
实
、裂隙开度为h＝h
实
或通道高度为h＝h
实
、宽度为l＝l
实
的地层条件，模拟真实的孔隙、裂隙或大通道地层工况；
[0146]
步骤三，在试验槽的试验缝中填充孔隙材料模拟孔隙率为n＝n
实
的孔隙注浆地层，通过调节螺栓的长度而升高或降低密封胶条中的压缩弹簧的高度，使可升降上盖板与底板之间的高度为h＝h
实
；
[0147]
或在试验槽的试验缝中设置裂隙高度为h＝h
实
的裂隙注浆地层，通过调节螺栓的长度而升高或降低密封胶条中的压缩弹簧的高度，使可升降上盖板与底板之间构建的裂缝高度为h＝h
实
，与真实地层一致；
[0148]
或在试验槽的试验缝中设置空间高度为h＝h
实
的巷道、溶洞或采空区，通过调节螺栓的长度而升高或降低密封胶条中的压缩弹簧的高度，使可升降上盖板与底板之间构建的空间高度为h＝h
实
，通过调节密封胶条与两侧板之间的距离调整空间宽度为l＝l
实
,与真实工况一致；
[0149]
步骤四，在注水水箱中注水饮用水，通过注水泵将注水水箱中的水经过注水管路泵送至稳压水槽中，注水泵泵压为p
泵
、稳压水槽高度为h
稳
，根据公式(1)将试验缝中的水压调节至设计所需的参数p
设
，稳压水槽中的水通过稳压过滤网将稳定、均匀的水流输送至试验槽的试验缝中，形成稳定水压为p
设
＝p
实
、流速为ν
设
＝ν
实
的稳定动水环境；
[0150]
p
设
＝p
泵
ρ
水
gh
稳
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0151]
式中：
[0152]
p
设
—试验缝要求达到的水头压力，
[0153]
p
泵
—注水泵输出的水头压力，
[0154]
ρ
水
—水的密度，
[0155]
g—重度，
[0156]h稳
—稳压水槽的高度；
[0157]
步骤五，支撑系统的液压油泵通过液压油管分别给4个液压支柱输送液压油，根据实际地层裂隙或通道倾角α
实
设定试验缝的角度，液压油泵驱动每个液压支柱升降；4个液压支柱的升高长度分别为l
左1
、l
左2
、l
右1
、l
右2
，通过液压控制4个方位的液压支柱，根据实际工况调整地层裂隙或大通道的倾角α＝α
实
、倾向，同时通过球形支座保证不同倾角条件下试验槽的平稳；
[0158][0159]
式中：
[0160]
α—试验槽模拟的裂隙倾角，
[0161]
l
左1
、l
左2
、l
右1
、l
右2
—分别为4个液压支柱的升高长度，
[0162]smax、min
—液压支柱最高点与最低点之间在试验槽上的长度；
[0163]
步骤六，制浆桶中制备正在开发的动水抗分散注浆材料或工程现场拟使用的注浆材料，注浆泵将制浆桶中制备的浆液通过注浆管泵送至试验槽的注浆口，通过注浆口将浆液注入试验槽的试验缝模拟的动水环境中；通过泵压力表记录注浆泵输出的浆液压力p
浆
，泵流量表统计每个试验过程中浆液的流量q；
[0164]
步骤七，通过试验槽的底板上横向间距为sy、纵向间距sx的流速与水压传感器监测试验缝中的水流流速v、水头压力p、纵向扩散距离x、横向扩散距离y、浆液留存面积s；根据公式(3)计算得出浆液留存体积v，根据公式(4)计算出留存质量m，根据公式(5)计算出动水环境下浆液纵向扩散半径r
纵
，根据公式(6)计算出动水环境下浆液横向扩散半径r
纵
，在线分析动水条件下注浆材料扩散规律和注浆封堵效果；
[0165]
v＝∫ns
x
sy(p
泵
p
稳-p)/ρ
水gꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0166]
m＝ρ
浆
v＝ρ
浆
∫ns
x
sy(p
泵
p
稳-p)/ρ
水gꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0167]r纵
＝x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0168]r横
＝y/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0169]
式中：
[0170]
v—浆液冲刷后留存体积，
[0171]
m—浆液冲刷后留存的质量，
[0172]sx
—流速与水压传感器纵向间距，
[0173]
sy—流速与水压传感器横向间距，
[0174]
n—横向与纵向占据的方格数量，
[0175]
p
泵
—注水泵输出的水头压力，
[0176]
p
稳
—稳压水槽的水头压力，
[0177]
p—第i个流速与水压传感器监测到的水头压力，
[0178]
ρ
水
—水的密度，
[0179]
ρ
浆
—浆体的密度，
[0180]
g—重度，
[0181]h稳
—稳压水槽的高度，
[0182]r横
—浆液横向扩散半径，
[0183]r纵
—浆液纵向扩散半径，
[0184]
x—浆液在试验槽中纵向扩散的距离，
[0185]
y—浆液在试验槽中横向扩散的距离；
[0186]
步骤八，通过摄像系统实时监测浆液在试验缝中的扩散特征，记录浆液在动水环境下的扩散形态及流动方向；
[0187]
步骤九，通过注浆液的质量m
注
与试验槽中留存的浆液质量m的比值，根据公式(7)
可得出浆液留存率β：
[0188][0189]
m—浆液冲刷后留存的质量，
[0190]m注
—注入试验槽中的浆液质量，
[0191]
q—统计的注入试验槽中的浆液流量，
[0192]
ρ
浆
—浆体的密度；
[0193]
步骤十，经过试验槽的水和浆液混合的浑水通过出水口流入废液收集仓，废液收集仓中的浆液与水混合的浑水在渗透压力作用下流经废液过滤格栅，浑水在废液过滤格栅中流动的过程中净化，清水进入清水仓，而浊水留在废液收集仓，回水泵通过回水管将清水仓中过滤后的清水回注到注水水箱中，并采用回水流量计统计回用水量，实现废水的净化和再利用。