CN114563319A - 一种基于水材料研究的溶洞充填试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开公开了一种基于水材料研究的溶洞充填试验装置及方法，包括水箱、卧式离心泵、空气压缩机、传感器、变径输送部件、试验舱部件和料仓部件；所述水箱的一侧依次通过所述卧式离心泵、所述传感器和所述变径输送部件与所述试验舱部件的一端连接；所述水箱的另一侧通过所述传感器和所述变径输送部件与所述试验舱部件的另一端连接；所述空气压缩机与所述料仓部件通过压力变送器连接；所述料仓部件的出料口通过电动球阀与所述试验舱部件的进料口连接；本公开通过变径输送部件将卧式离心泵和空气压缩机与料仓部和试验舱部连接，并利用悬臂操作箱控制***，使***处于恒水压状态，料仓处于恒压状态，进而进行透水冲压材料试验。
Description
技术领域
本公开属于透水冲压材料技术领域，尤其涉及一种基于水材料研究的溶洞充填试验装置及方法。
背景技术
盾构穿越岩溶发育区，当溶洞距离盾构隧道较近时，掘进中易造成开挖面与溶洞的连通，由于溶洞内存在较大空间，且充填物多为地下水、软土或淤泥，因此易发生盾构栽头和陷落、充填困难、刀具损坏以及地面或地表建筑物的沉降与破坏等现象。地表溶洞处治技术方面，主要采取的工程措施有挖填、夯实、固结灌浆、隔水土工布封闭、氯丁橡胶板、控制抽排水强度、疏排围改治理、平衡地下水和气压力以及填石加混凝土等治理方法。固结灌浆技术具有成熟的施工工艺指导，在溶洞治理过程中被广泛采用，但是其浆液材料的价格普遍偏高，在实际工程中还存在串浆、动水条件下浆液流失严重、封堵不密实以及充填效果难以实时把控等情况。因此，如何进行地表溶洞的快速高效治理仍然是亟需解决的工程问题，进行地表溶洞处治工艺的研究具有重大的经济价值和社会价值，可指导城市盾构隧道快速安全穿越岩溶区的施工。
本公开发明人发现，进行地表溶洞处治工艺研究时采用的实验装置还存在以下缺点：
1.试样装置的加料仓压力不能控制以及试验***的水压不能得到有效控制，严重的影响了对透水冲压材料的研究效率；
2.试样装置中，进水管道的管径固定，不能真实体现实际情况中溶洞地下水的流动情况，对试验结果影响较大；
3.试验结束后，水和透水冲压材料不能得到分离、回收，对试验材料造成了极大浪费。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种基于水材料研究的溶洞充填试验装置及方法，本公开通过变径输送部件将卧式离心泵与试验舱部连接，空气压缩机与料仓部连接，并利用悬臂操作箱控制***，使***处于恒水压状态，料仓处于恒压状态，进而进行透水冲压材料试验。
为了实现上述目的，第一方面，本公开提出了一种基于水材料研究的溶洞充填试验装置，采用如下技术方案：
一种基于水材料研究的溶洞充填试验装置，包括水箱、卧式离心泵、空气压缩机、传感器、变径输送部件、试验舱部件和料仓部件；
所述水箱的一侧依次通过所述卧式离心泵、所述传感器和所述变径输送部件与所述试验舱部件的一端连接；所述水箱的另一侧通过所述传感器和所述变径输送部件与所述试验舱部件的另一端连接；
所述空气压缩机与所述料仓部件通过压力变送器连接；所述料仓部件的出料口通过电动球阀与所述试验舱部件的进料口连接。
进一步的，所述水箱设置在支架上；所述水箱的一端与所述卧式离心泵通过输送管直接连接，所述输送管远离所述卧式离心泵的一端设置在所述水箱的下端，所述水箱的另一端与所述传感器通过输送管直接连接，所述输送管远离所述传感器的一端设置在所述水箱的上端。
进一步的，所述传感器为电磁流量计水液体电子数显管道式高精度传感器。
进一步的，所述变径输送部件包括伸缩装置、变径压板、方形管道、方形法兰和第一圆形法兰；
所述方形管道的一端通过所述方形法兰与所述试验舱部件连接，另一端通过过渡管道、所述圆形法兰与所述传感器连接；所述变径压板滑动设置在所述方形管道上，所述变径压板位于所述方形管道外部的一端设置有所述伸缩装置。
进一步的，所述伸缩装置包括依次连接的步进电机、减速机、联轴器、轴承座和滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上设置有滚珠丝杠螺母，所述变径压板位于所述方形管道外部的一端固定在所述滚珠丝杠螺母上。
进一步的，所述试验舱部件为亚克力板构成的盒体结构，盒体内与水流平行的方向上设置有多个相互平行的衬板；所述衬板两端，相邻衬板之间均设置有蜂窝孔亚克力板，所述衬板为亚克力板。
进一步的，所述试验舱部件的进料口设置在上侧且固定有第二圆形法兰，所述二圆形法兰与所述电动球阀连接。
进一步的，所述料仓部件包括上部设置的压力变送器和密封盖板以及下部设置的电动球阀，所述压力变送器通过管道与所述空气压缩机连接。
进一步的，所述卧式离心泵包括第一卧式离心泵和第二卧式离心泵，所述第一卧式离心泵和所述第二卧式离心泵的动力方向相反。
为了实现上述目的，第二方面，本公开还提出了基于水材料研究的溶洞充填试验方法，采用如下技术方案：
一种基于水材料研究的溶洞充填试验方法，采用了如第一方面中所述的基于水材料研究的溶洞充填试验装置；包括：
启动第一卧式离心泵，水从所述水箱流出，依次经过所述传感器和所述变径输送部件进入所述试验舱部件，然后另一端的变径输送部件和传感器流回水箱，通过设置第一卧式离心泵使得整个装置处于恒水压状态；
启动所述空气压缩机，向所述料仓部件内通入气体，并通过空气压缩机的设置使得料仓处于恒压状态；空气压缩机向料仓部件加额定压力自动停止，电动球阀自动打开，料仓内的透水材料在突变压力情况下，快速向低压试验舱运动，进而进行透水冲压材料试验；
在试验舱工作过程中，使用变径输送部件对管道口径调节，实现多种要求下的透水冲压材料试验。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
1.本公开通过研发用于透水冲压材料的试验装置，利用空气压缩机使料仓处于恒压状态，卧式离心泵使试验舱和整个***充满恒定水压，极大提高了对透水冲压材料的研究效率；
2.本公开通过控制***启动步进电机，步进电机经减速机减速传动至滚珠丝杠使与滚珠丝杠螺母直接连接的变径压板在管道内运动，从而调节管道口径，只需在***输入口径值，***做出相关判断自动变径至设定值，实现了全自动化操作；
3.本公开在试验结束后，关闭空气压缩机，电动球阀自动关闭，随即自动启动卧式离心泵回收水资源，实现了资源的循环利用和装置的智能化识别。
附图说明
构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
图1为本公开实施例1的整体结构示意图；
图2为本公开实施例1的变径输送部基本结构组成图；
图3为本公开实施例1的料仓部基本结构组成图；
图4为本公开实施例1的试验舱部基本结构组成图；
其中，1、水箱，2、电器控制柜，3、支架，4、卧式离心泵，5、空气压缩机，6、输送管，7、传感器，8、变径输送部件，81、步进电机，82、减速机，83、联轴器，84、轴承座，85、滚珠丝杠，86、滚珠丝杠螺母，87、变径压板，88、支架、89、变送器，810、方形法兰，811、第一圆形法兰，9、试验舱部件，91、第二圆形法兰，92、亚克力板上盖，93、侧边加强支架，94、衬板，95、蜂窝孔亚克力板，10、悬臂操作箱部件，11、料仓部件，1101、压力变送器，1102、密封盖板，1103、料仓，1104、支架，1105、电动球阀。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
实施例1：
如图1所示，本实施例公开了一种基于水材料研究的溶洞充填试验装置，包括水箱1、电气控制柜2、支架3、卧式离心泵4、空气压缩机5、输送管6、传感器7、变径输送部件8、试验舱部件9、悬臂操作箱部件10和料仓部件11；
具体的，所述水箱1固定在所述支架3的一端，所述料仓部件9固定在所述支架3的另一端，所述料仓部件11设置在所述支架3上位于所述料仓部件9正上方，所述卧式离心泵4和所述空气压缩机5固定在所述支架3上位于所述水箱1和所述料仓部件9之间的位置处；所述支架3靠近所述料仓部件9的一侧还固定有悬臂操作箱部件10。
在本实施例中，所述水箱1的一侧依次通过所述卧式离心泵4、所述传感器7和所述变径输送部件8与所述试验舱部件9的一端连接；所述水箱1的另一侧通过所述传感器和所述变径输送部件与所述试验舱部件9的另一端连接；
所述空气压缩机5与所述料仓部件11通过压力变送器1101连接(连接管道图中未标出，为常规设置)；所述料仓部件11的出料口通过电动球阀1105与所述试验舱部件9的进料口连接；
具体的，所述空气压缩机5的＝与所述料仓部件11通过压力变送器连接，所述空气压缩机5通过所述输送管与所述水箱1连接(图1中所述水箱上侧的管道)，所述空气压缩5工作过程中产生的水分可以直接排入所述水箱1中，压缩的空气通过所述压力变送器流入所述料仓部件11中，所述空气压缩5的出水口通过管道与所述水箱1连接，以及空气出口通过管道与所述压力变送器1101连接为现有技术或常规设置，在此不再详述。
具体的，通过变径输送部件将卧式离心卧式泵和试验舱部件连接，并利用悬臂操作箱部件控制***，使***处于恒水压状态，空气压缩机5使料仓部件11处于恒压状态，进而进行透水冲压材料试验。
在本实施例中，所述水箱1设置在支架3上；所述水箱1的一端与所述卧式离心泵4通过输送管6直接连接，所述输送管远离所述卧式离心泵4的一端设置在所述水箱1的下端，所述水箱1的另一端与所述传感器7通过输送管直接连接，所述输送管远离所述传感器7的一端设置在所述水箱1的上端。
具体的，在给所述试验舱部件9供水时，水流在所述水箱1的下端流出、上端流回，实现水流的循环；试验后，水流在所述水箱1下端流回，水箱1上端的气流流向所述试验舱部件9，实现所述试验舱部件9中水的回收。
在本实施例中，所述传感器7为电磁流量计水液体电子数显管道式高精度传感器；实现管道内水流量的检测；
具体的，所述电磁流量计水液体电子数显管道式高精度传感器，可以采用电磁流量计(Electromagnetic Flowmeters，简称EMF)中的LDG-S/LDY-S电磁流量计。
在本实施例中，如图2所示，所述变径输送部件8包括伸缩装置、变径压板87、方形管道、方形法兰810和第一圆形法兰811；所述方形管道的一端通过所述方形法兰810与所述试验舱部件9连接，另一端通过过渡管道、所述圆形法兰811与所述传感器7连接；所述变径压板87滑动设置在所述方形管道上，所述变径压板87位于所述方形管道外部的一端设置有所述伸缩装置，所述方形管道靠近所述伸缩装置的一侧上还设置有变送器89。优选的，所述伸缩装置包括依次连接的步进电机81、减速机82、联轴器83、轴承座84和滚珠丝杠85，所述滚珠丝杠85上设置有滚珠丝杠螺母86，所述变径压板87位于所述方形管道外部的一端固定在所述滚珠丝杠螺母86上。
具体的，所述滚珠丝杠螺母86在所述滚珠丝杠85的带动下升降，实现变径压板87在所述方形管道内的滑动，从而改变所述方形管道内允许物料流过内径的大小，可以理解的，所述变径压板87与所述方形管道外壁的滑动连接可以通过常规滑动组件实现，来接处可通过设置密封条等部件时间密封，放置漏水，所述过渡管道的结构根据实际要求和情况进行设置；所述轴承座84采用立式KFL轴承座。
在本实施例中，所述试验舱部件9为亚克力板构成的盒体结构，盒体内与水流平行的方向上设置有多个相互平行的衬板94；所述衬板94两端，相邻衬板94之间均设置有蜂窝孔亚克力板95，所述衬板为亚克力板；所述试验舱部件9外部设置有侧边加强支架93。
具体的，亚克力板的设置，可实现对整个试验过程的直观展示，提高了试验效果；所述蜂窝孔亚克力板95的设置，使得回收水过程中透水材料与水的分离，实现了试验材料的分离和回收利用，降低了实验成本。
在本实施例中，所述试验舱部件9的进料口设置在上侧且固定有第二圆形法兰91，所述二圆形法兰91与所述电动球阀1105连接。
在本实施例中，所述料仓部件11包括上部设置的压力变送器1101和密封盖板1102以及下部设置的电动球阀1105，所述压力变送器1102通过管道与所述空气压缩机5连接。
在本实施例中，为了实现管道内水流方向的切换，所述卧式离心泵4可以设置为包括第一卧式离心泵和第二卧式离心泵，所述第一卧式离心泵和所述第二卧式离心泵的动力方向相反；具体的，在试验结束后，关闭所述空气压缩机5，所述电动球阀1105自动关闭，启动所述第二卧式离心泵回收水资源循环利用同时自动关闭第二卧式离心泵，并回收试验料品；在其他实施例中，还可以通过现有技术或其他常规设置实现，只要能实现管道内水流方向的切换即可。
需要说明的是，所述电器控制柜2连接所述装置中的各动力装置，实现各动力装置的供电和控制，所述悬臂操作箱部件10与所述电器控制柜2和各动力装置和所有检测装置(如传感器)连接，所述悬臂操作箱部件10包括外部的输入***、显示***以及内部的软件集成；电器控制柜2和悬臂操作箱部件10的设置和与装置的连接采用现有技术实现；装置中所有固定方式均采用焊接或螺栓的连接方式，在此不再赘述。
实施例2：
本实施例公开了一种基于水材料研究的溶洞充填试验方法，采用了如实施例1中所述的基于水材料研究的溶洞充填试验装置；包括：
启动第一卧式离心泵，水从所述水箱1流出，依次经过所述传感器7和所述变径输送部件8进入所述试验舱部件9，然后另一端的变径输送部件8和传感器7流回水箱1，通过设置第一卧式离心泵使得整个装置处于恒水压状态；
启动所述空气压缩机5，向所述料仓部件11内通入气体，并通过空气压缩机5的设置使得料仓1103处于恒压状态；空气压缩机5向料仓部件11加额定压力自动停止，电动球阀1105自动打开，料仓1103内的透水材料在突变压力情况下，快速向低压试验舱运动，进而进行透水冲压材料试验；
空气压缩机5使料仓部件11处于恒压状态，卧式离心泵4使试验舱部件9和整个***充满恒定水压；
在试验舱工作过程中，使用变径输送部件8对管道口径调节，实现多种要求下的透水冲压材料试验；
在试验舱部件9工作过程中，使用变径输送部件8对整个***输送管道口径调节，不同口径只需在***输入口径值，***做出相关判断自动变径至设定值。
以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于水材料研究的溶洞充填试验装置，其特征在于，包括水箱、卧式离心泵、空气压缩机、传感器、变径输送部件、试验舱部件和料仓部件；
所述水箱的一侧依次通过所述卧式离心泵、所述传感器和所述变径输送部件与所述试验舱部件的一端连接；所述水箱的另一侧通过所述传感器和所述变径输送部件与所述试验舱部件的另一端连接；
所述空气压缩机与所述料仓部件通过压力变送器连接；所述料仓部件的出料口通过电动球阀与所述试验舱部件的进料口连接。
2.如权利要求1所述的一种基于水材料研究的溶洞充填试验装置，其特征在于，所述水箱设置在支架上；所述水箱的一端与所述卧式离心泵通过输送管直接连接，所述输送管远离所述卧式离心泵的一端设置在所述水箱的下端，所述水箱的另一端与所述传感器通过输送管直接连接，所述输送管远离所述传感器的一端设置在所述水箱的上端。
3.如权利要求1所述的一种基于水材料研究的溶洞充填试验装置，其特征在于，所述传感器为电磁流量计水液体电子数显管道式高精度传感器。
4.如权利要求1所述的一种基于水材料研究的溶洞充填试验装置，其特征在于，所述变径输送部件包括伸缩装置、变径压板、方形管道、方形法兰和第一圆形法兰；
所述方形管道的一端通过所述方形法兰与所述试验舱部件连接，另一端通过过渡管道、所述圆形法兰与所述传感器连接；所述变径压板滑动设置在所述方形管道上，所述变径压板位于所述方形管道外部的一端设置有所述伸缩装置。
5.如权利要求4所述的一种基于水材料研究的溶洞充填试验装置，其特征在于，所述伸缩装置包括依次连接的步进电机、减速机、联轴器、轴承座和滚珠丝杠，所述滚珠丝杠上设置有滚珠丝杠螺母，所述变径压板位于所述方形管道外部的一端固定在所述滚珠丝杠螺母上。
6.如权利要求1所述的一种基于水材料研究的溶洞充填试验装置，其特征在于，所述试验舱部件为亚克力板构成的盒体结构，盒体内与水流平行的方向上设置有多个相互平行的衬板；所述衬板两端，相邻衬板之间均设置有蜂窝孔亚克力板，所述衬板为亚克力板。
7.如权利要求6所述的一种基于水材料研究的溶洞充填试验装置，其特征在于，所述试验舱部件的进料口设置在上侧且固定有第二圆形法兰，所述二圆形法兰与所述电动球阀连接。
8.如权利要求1所述的一种基于水材料研究的溶洞充填试验装置，其特征在于，所述料仓部件包括上部设置的压力变送器和密封盖板以及下部设置的电动球阀，所述压力变送器通过管道与所述空气压缩机连接。
9.如权利要求1所述的一种基于水材料研究的溶洞充填试验装置，其特征在于，所述卧式离心泵包括第一卧式离心泵和第二卧式离心泵，所述第一卧式离心泵和所述第二卧式离心泵的动力方向相反。
10.一种基于水材料研究的溶洞充填试验方法，其特征在于，采用了如权利要求1-9任一项所述的基于水材料研究的溶洞充填试验装置；包括：
启动第一卧式离心泵，水从所述水箱流出，依次经过所述传感器和所述变径输送部件进入所述试验舱部件，然后另一端的变径输送部件和传感器流回水箱，通过设置第一卧式离心泵使得整个装置处于恒水压状态；
启动所述空气压缩机，向所述料仓部件内通入气体，并通过空气压缩机的设置使得料仓处于恒压状态；空气压缩机向料仓部件加额定压力自动停止，电动球阀自动打开，料仓内的透水材料在突变压力情况下，快速向低压试验舱运动，进而进行透水冲压材料试验；
在试验舱工作过程中，使用变径输送部件对管道口径调节，实现多种要求下的透水冲压材料试验。
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