本發(fā)明公開(kāi)了一種用于模型試驗(yàn)的承壓溶洞水壓加載密封裝置及方法。

背景技術(shù)：

突涌水災(zāi)害是在巖溶隧址區(qū)修建隧道過(guò)程中常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，由于承壓隱伏溶洞的隱蔽性以及強(qiáng)致災(zāi)性給隧道建設(shè)帶來(lái)了極大的困難。大型物理模型試驗(yàn)作為揭示巖溶突水致災(zāi)機(jī)理的重要研究手段，可以實(shí)現(xiàn)突水前兆多元信息的采集與分析，對(duì)于指導(dǎo)高風(fēng)險(xiǎn)巖溶隧道施工具有重要意義。為研究承壓型隱伏溶洞突涌水災(zāi)害的致災(zāi)機(jī)理，相應(yīng)的大型物理模型試驗(yàn)應(yīng)運(yùn)而生，而溶洞水壓的加載作為模型試驗(yàn)系統(tǒng)建立的重要一步，通常由于密封性問(wèn)題導(dǎo)致模型試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確，甚至試驗(yàn)的失敗。而且，以往模型試驗(yàn)中溶洞水壓加載裝置可重復(fù)性差，只能針對(duì)特定的模擬工況實(shí)現(xiàn)水壓加載，密封效果不甚理想，大多通過(guò)試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題針對(duì)性的解決問(wèn)題來(lái)達(dá)到完全密封的目的，試驗(yàn)過(guò)程效率低下、密封裝置無(wú)法重復(fù)利用。目前，尚沒(méi)有可以重復(fù)循環(huán)利用，通過(guò)氣壓加載裝置實(shí)現(xiàn)溶洞水壓加載密封問(wèn)題的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有溶洞水壓密封加載裝置的不足，提供一種用于模型試驗(yàn)的承壓溶洞水壓加載及密封裝置。本發(fā)明的水壓加載系統(tǒng)提供模型試驗(yàn)溶洞所需的外部水源供給以及恒定的水壓力；水壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由數(shù)顯水壓監(jiān)測(cè)表與水壓報(bào)警裝置組成；豎向注水管路是實(shí)現(xiàn)溶洞水壓加載的過(guò)水通道，與豎向充氣管路并排安置，充氣管路與側(cè)部三個(gè)相互獨(dú)立的高強(qiáng)膜袋相連，通過(guò)外部氣壓加載裝置實(shí)現(xiàn)膜袋膨脹密封；充氣膜袋與豎向注水管路外側(cè)對(duì)應(yīng)位置的微型壓力傳感器對(duì)應(yīng)安置，通過(guò)內(nèi)置的微型壓力傳感器與氣密性效果評(píng)估程序，對(duì)于達(dá)到氣密性要求的情況及時(shí)反饋氣壓控制系統(tǒng)，自動(dòng)關(guān)閉氣壓加載系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種用于模型試驗(yàn)的承壓溶洞水壓加載及密封裝置，由水壓加載系統(tǒng)、水壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、豎向注水管路、豎向充氣管路、充氣膜袋、氣壓加載裝置以及微型壓力傳感器組成；

所述水壓加載系統(tǒng)提供模型試驗(yàn)溶洞所需的外部水源供給以及恒定的水壓力；所述水壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由數(shù)顯水壓監(jiān)測(cè)表與水壓報(bào)警裝置組成，安裝在水壓加載系統(tǒng)上；所述豎向注水管路為過(guò)水通道，其套裝在豎向充氣管路中，所述的豎向充氣管路與側(cè)部多個(gè)相互獨(dú)立的高強(qiáng)膜袋相連通，通過(guò)外部氣壓加載裝置充氣來(lái)實(shí)現(xiàn)膜袋膨脹密封；

所述豎向注水管路外側(cè)與充氣膜袋對(duì)應(yīng)位置設(shè)置有微型壓力傳感器，通過(guò)內(nèi)置的微型壓力傳感器與氣密性效果評(píng)估程序，對(duì)于達(dá)到氣密性要求的情況及時(shí)反饋氣壓控制系統(tǒng)，自動(dòng)關(guān)閉氣壓控制系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述密封裝置為可循環(huán)利用裝置，通過(guò)每次試驗(yàn)完成后清潔保存即可循環(huán)使用。

進(jìn)一步的，所述膜袋密封裝置與水壓加載系統(tǒng)通過(guò)轉(zhuǎn)相接口連接，為模型試驗(yàn)提供溶洞所需要的穩(wěn)定外部水源供給以及恒定的水頭壓力。

進(jìn)一步的，所述的數(shù)顯水壓監(jiān)測(cè)儀安裝在供水管路上，實(shí)時(shí)關(guān)注溶洞水壓變化，對(duì)密封裝置的氣密性起到了監(jiān)測(cè)作用；通過(guò)設(shè)置水壓梯度監(jiān)測(cè)程序?qū)崿F(xiàn)溶洞水壓陡降的監(jiān)測(cè)報(bào)警。

進(jìn)一步的，待每種工況試驗(yàn)完畢，通過(guò)氣壓加載裝置的排氣按鈕實(shí)現(xiàn)膜袋收縮，取出密封裝置。

進(jìn)一步的，多個(gè)相互獨(dú)立的高強(qiáng)膜袋沿著所述的豎向充氣管路的軸線方向依次排列。

進(jìn)一步的，多個(gè)高強(qiáng)膜袋均勻排列。

進(jìn)一步的，所述的微型壓力傳感器與氣壓報(bào)警器相連，一旦氣壓報(bào)警裝置報(bào)警，則氣壓控制系統(tǒng)控制氣壓加載裝置停止加壓。

本發(fā)明還提供了一種利用模型試驗(yàn)的承壓溶洞水壓加載密封裝置進(jìn)行加載密封的方法，包括以下步驟：

(1)完成模型試驗(yàn)的填筑工作，在需要完成水壓加載的溶洞上方預(yù)留過(guò)水通道處安裝膜袋密封裝置，并完成初步固定。

(2)啟動(dòng)外部氣壓加載裝置，實(shí)時(shí)關(guān)注密封效果監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)值顯示，待微型壓力傳感器數(shù)值達(dá)到密封要求即可關(guān)閉氣壓加載裝置，完成膜袋密封處理。

(3)啟動(dòng)水壓加載系統(tǒng)由豎向注水管路向溶洞內(nèi)注水，時(shí)刻關(guān)注水壓報(bào)警器與壓力表，對(duì)于出現(xiàn)水壓力陡降情況認(rèn)為氣密性出現(xiàn)問(wèn)題，立即再次啟動(dòng)外部氣壓加載裝置，完成氣密性的補(bǔ)充修復(fù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水壓加載裝置氣密性的伺服控制。對(duì)于水壓報(bào)警器與壓力表正常情況，認(rèn)為氣密性符合工作要求，關(guān)注壓力表數(shù)據(jù)變化完成水壓的加載；

(4)試驗(yàn)結(jié)束后再次啟動(dòng)外部氣壓加載裝置的泄壓操作，實(shí)現(xiàn)膜袋泄壓，將與填筑材料分離后的密封裝置取出，清理干凈安全放置

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的水壓加載系統(tǒng)提供模型試驗(yàn)溶洞所需的外部水源供給以及恒定的水壓力；水壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由數(shù)顯水壓監(jiān)測(cè)表與水壓報(bào)警裝置組成；豎向注水管路是實(shí)現(xiàn)溶洞水壓加載的過(guò)水通道，與豎向充氣管路并排安置，充氣管路與側(cè)部三個(gè)相互獨(dú)立的高強(qiáng)膜袋相連，通過(guò)外部氣壓加載裝置實(shí)現(xiàn)膜袋膨脹密封；充氣膜袋與豎向注水管路外側(cè)對(duì)應(yīng)位置的微型壓力傳感器對(duì)應(yīng)安置，通過(guò)內(nèi)置的微型壓力傳感器與氣密性效果評(píng)估程序，對(duì)于達(dá)到氣密性要求的情況及時(shí)反饋氣壓控制系統(tǒng)，自動(dòng)關(guān)閉氣壓加載系統(tǒng)。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1是本發(fā)明的原理示意圖；

圖2是本發(fā)明工作狀態(tài)下部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2的局部放大圖；

其中1.壓力氣罐；2.儲(chǔ)水罐；3.輸水管路；4.水壓報(bào)警器；5.壓力表；6.注水閥；7.氣壓加載裝置；8.豎向注水管路；9.豎向充氣管路；10.管路側(cè)壁；11.充氣膜袋；12.數(shù)據(jù)連接線；13.微型壓力傳感器；14.氣壓報(bào)警器;15.溶洞模型；16.填筑材料。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)部分所介紹的，對(duì)于以往模型試驗(yàn)中溶洞水壓加載裝置可重復(fù)性差，只能針對(duì)特定的模擬工況實(shí)現(xiàn)水壓加載，往往密封效果不甚理想，大多通過(guò)試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題針對(duì)性的解決問(wèn)題來(lái)達(dá)到完全密封的目的，試驗(yàn)過(guò)程效率低下、密封裝置無(wú)法重復(fù)利用，本發(fā)明公開(kāi)了一種用于模型試驗(yàn)的承壓溶洞水壓加載及密封裝置及方法。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1、2、3所示，一種用于模型試驗(yàn)的承壓溶洞水壓加載及密封裝置，包括壓力氣罐9；儲(chǔ)水罐2；輸水管路3；水壓報(bào)警器4；壓力表5；注水閥6；儲(chǔ)氣罐7；豎向注水管路8；豎向充氣管路9；管路側(cè)壁10；充氣膜袋11；數(shù)據(jù)連接線12；微型壓力傳感器13；氣壓報(bào)警器14；溶洞模型15；16.填筑材料16；

該裝置的水壓加載系統(tǒng)包括壓力氣罐1、儲(chǔ)水罐2、水壓報(bào)警器4和壓力表5，主要提供模型試驗(yàn)溶洞15所需的外部水源供給以及恒定的水壓力。

待模型試驗(yàn)的相似材料填筑完成即可進(jìn)行溶洞水壓力的加載，豎向注水管路8為過(guò)水通道，與豎向充氣管路9并排安置，充氣管路9與側(cè)部三個(gè)相互獨(dú)立的高強(qiáng)膜袋11相連，膜袋11由高強(qiáng)固體膠固定在充氣管路9外側(cè)，通過(guò)外部氣壓加載裝置7實(shí)現(xiàn)膜袋11膨脹密封。其中豎向注水管路8外側(cè)與充氣膜袋11對(duì)應(yīng)位置安裝微型壓力傳感器13，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線12實(shí)現(xiàn)與外部密封效果監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接。而外部密封效果監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的氣壓報(bào)警器裝置14，內(nèi)置微型壓力傳感器13與氣密性效果評(píng)估程序，對(duì)于達(dá)到氣密性要求的情況及時(shí)反饋氣壓控制系統(tǒng)14，終止膜袋11的繼續(xù)膨脹，達(dá)到試驗(yàn)要求直接進(jìn)行試驗(yàn)。

密封裝置為可循環(huán)利用裝置，通過(guò)每次試驗(yàn)完成后清潔保存即可循環(huán)使用。

所述膜袋密封裝置與水壓加載系統(tǒng)通過(guò)轉(zhuǎn)相接口連接，為模型試驗(yàn)提供溶洞所需要的穩(wěn)定外部水源供給以及恒定的水頭壓力。

所述水壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由壓力表5與水壓報(bào)警器4組成，壓力表5實(shí)時(shí)關(guān)注溶洞水壓變化，對(duì)密封裝置的氣密性起到了監(jiān)測(cè)作用；通過(guò)設(shè)置水壓梯度監(jiān)測(cè)程序?qū)崿F(xiàn)溶洞水壓陡降的監(jiān)測(cè)報(bào)警。

所述豎向注水管8路為過(guò)水通道，與豎向充氣管路9并排安置，充氣管路9與側(cè)部三個(gè)相互獨(dú)立的高強(qiáng)膜袋11相連，通過(guò)外部氣壓加載裝置實(shí)現(xiàn)膜袋膨脹密封；待每種工況試驗(yàn)完畢，即可通過(guò)氣壓加載裝置的排氣操作實(shí)現(xiàn)膜袋收縮，取出密封裝置。

與所述充氣膜袋位置對(duì)應(yīng)的豎向注水管路外側(cè)安置微型壓力傳感器，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線實(shí)現(xiàn)與外部密封效果監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接，外部密封效果監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)置微型壓力傳感器與氣密性效果評(píng)估程序，對(duì)于達(dá)到氣密性要求的情況及時(shí)反饋氣壓控制系統(tǒng)14，關(guān)閉儲(chǔ)氣罐7。

具體的，一種用于模型試驗(yàn)的承壓溶洞水壓加載及密封裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方法，包括以下步驟：

(1)完成模型試驗(yàn)的填筑工作，在需完成水壓加載溶洞15上方的預(yù)留過(guò)水通道處安裝膜袋密封裝置11，并完成初步固定。

(2)啟動(dòng)外部氣壓加載裝置7，實(shí)時(shí)關(guān)注密封效果監(jiān)測(cè)系統(tǒng)14數(shù)值顯示，待微型壓力傳感器13數(shù)值達(dá)到密封要求即可關(guān)閉氣壓加載裝置7，完成膜袋密封處理。

(3)啟動(dòng)水壓加載系統(tǒng)由豎向注水管路8向溶洞15內(nèi)注水，時(shí)刻關(guān)注水壓報(bào)警器4與壓力表5，對(duì)于出現(xiàn)水壓力陡降情況認(rèn)為氣密性出現(xiàn)問(wèn)題，立即再次啟動(dòng)外部氣壓加載裝置7，完成氣密性的補(bǔ)充修復(fù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水壓加載裝置氣密性的伺服控制。對(duì)于水壓報(bào)警器4與壓力表5正常情況，認(rèn)為氣密性符合工作要求，關(guān)注壓力表5數(shù)據(jù)變化完成水壓的加載。

(4)試驗(yàn)結(jié)束后再次啟動(dòng)外部氣壓加載裝置7的泄壓操作，實(shí)現(xiàn)膜袋11泄壓，將與填筑材料15分離后的密封裝置取出，清理干凈安全放置。

從以上的描述中，可以看出，本申請(qǐng)上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：

對(duì)于以往模型試驗(yàn)中溶洞水壓加載裝置可重復(fù)性差，只能針對(duì)特定的模擬工況實(shí)現(xiàn)水壓加載，往往密封效果不甚理想，大多通過(guò)試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題針對(duì)性的解決問(wèn)題來(lái)達(dá)到完全密封的目的，試驗(yàn)過(guò)程效率低下、密封裝置無(wú)法重復(fù)利用。與前人的裝置相比，本裝置可以重復(fù)循環(huán)利用，通過(guò)氣壓加載裝置實(shí)現(xiàn)膜袋膨脹后一次性解決溶洞水壓加載密封問(wèn)題，在膜袋與注水管路之間設(shè)置壓力敏感元件實(shí)現(xiàn)了密封效果的定量化評(píng)估及預(yù)警。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。