一种用于模型试验的承压溶洞水压加载密封装置及方法与流程

本发明公开了一种用于模型试验的承压溶洞水压加载密封装置及方法。

背景技术：

突涌水灾害是在岩溶隧址区修建隧道过程中常见的地质灾害，由于承压隐伏溶洞的隐蔽性以及强致灾性给隧道建设带来了极大的困难。大型物理模型试验作为揭示岩溶突水致灾机理的重要研究手段，可以实现突水前兆多元信息的采集与分析，对于指导高风险岩溶隧道施工具有重要意义。为研究承压型隐伏溶洞突涌水灾害的致灾机理，相应的大型物理模型试验应运而生，而溶洞水压的加载作为模型试验系统建立的重要一步，通常由于密封性问题导致模型试验结果不准确，甚至试验的失败。而且，以往模型试验中溶洞水压加载装置可重复性差，只能针对特定的模拟工况实现水压加载，密封效果不甚理想，大多通过试验过程中发现问题针对性的解决问题来达到完全密封的目的，试验过程效率低下、密封装置无法重复利用。目前，尚没有可以重复循环利用，通过气压加载装置实现溶洞水压加载密封问题的装置。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有溶洞水压密封加载装置的不足，提供一种用于模型试验的承压溶洞水压加载及密封装置。本发明的水压加载系统提供模型试验溶洞所需的外部水源供给以及恒定的水压力；水压监测系统是由数显水压监测表与水压报警装置组成；竖向注水管路是实现溶洞水压加载的过水通道，与竖向充气管路并排安置，充气管路与侧部三个相互独立的高强膜袋相连，通过外部气压加载装置实现膜袋膨胀密封；充气膜袋与竖向注水管路外侧对应位置的微型压力传感器对应安置，通过内置的微型压力传感器与气密性效果评估程序，对于达到气密性要求的情况及时反馈气压控制系统，自动关闭气压加载系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于模型试验的承压溶洞水压加载及密封装置，由水压加载系统、水压监测系统、竖向注水管路、竖向充气管路、充气膜袋、气压加载装置以及微型压力传感器组成；

所述水压加载系统提供模型试验溶洞所需的外部水源供给以及恒定的水压力；所述水压监测系统是由数显水压监测表与水压报警装置组成，安装在水压加载系统上；所述竖向注水管路为过水通道，其套装在竖向充气管路中，所述的竖向充气管路与侧部多个相互独立的高强膜袋相连通，通过外部气压加载装置充气来实现膜袋膨胀密封；

所述竖向注水管路外侧与充气膜袋对应位置设置有微型压力传感器，通过内置的微型压力传感器与气密性效果评估程序，对于达到气密性要求的情况及时反馈气压控制系统，自动关闭气压控制系统。

进一步的，所述密封装置为可循环利用装置，通过每次试验完成后清洁保存即可循环使用。

进一步的，所述膜袋密封装置与水压加载系统通过转相接口连接，为模型试验提供溶洞所需要的稳定外部水源供给以及恒定的水头压力。

进一步的，所述的数显水压监测仪安装在供水管路上，实时关注溶洞水压变化，对密封装置的气密性起到了监测作用；通过设置水压梯度监测程序实现溶洞水压陡降的监测报警。

进一步的，待每种工况试验完毕，通过气压加载装置的排气按钮实现膜袋收缩，取出密封装置。

进一步的，多个相互独立的高强膜袋沿着所述的竖向充气管路的轴线方向依次排列。

进一步的，多个高强膜袋均匀排列。

进一步的，所述的微型压力传感器与气压报警器相连，一旦气压报警装置报警，则气压控制系统控制气压加载装置停止加压。

本发明还提供了一种利用模型试验的承压溶洞水压加载密封装置进行加载密封的方法，包括以下步骤：

(1)完成模型试验的填筑工作，在需要完成水压加载的溶洞上方预留过水通道处安装膜袋密封装置，并完成初步固定。

(2)启动外部气压加载装置，实时关注密封效果监测系统数值显示，待微型压力传感器数值达到密封要求即可关闭气压加载装置，完成膜袋密封处理。

(3)启动水压加载系统由竖向注水管路向溶洞内注水，时刻关注水压报警器与压力表，对于出现水压力陡降情况认为气密性出现问题，立即再次启动外部气压加载装置，完成气密性的补充修复，进而实现水压加载装置气密性的伺服控制。对于水压报警器与压力表正常情况，认为气密性符合工作要求，关注压力表数据变化完成水压的加载；

(4)试验结束后再次启动外部气压加载装置的泄压操作，实现膜袋泄压，将与填筑材料分离后的密封装置取出，清理干净安全放置

本发明的有益效果：

本发明的水压加载系统提供模型试验溶洞所需的外部水源供给以及恒定的水压力；水压监测系统是由数显水压监测表与水压报警装置组成；竖向注水管路是实现溶洞水压加载的过水通道，与竖向充气管路并排安置，充气管路与侧部三个相互独立的高强膜袋相连，通过外部气压加载装置实现膜袋膨胀密封；充气膜袋与竖向注水管路外侧对应位置的微型压力传感器对应安置，通过内置的微型压力传感器与气密性效果评估程序，对于达到气密性要求的情况及时反馈气压控制系统，自动关闭气压加载系统。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明的原理示意图；

图2是本发明工作状态下部分结构示意图；

图3是图2的局部放大图；

其中1.压力气罐；2.储水罐；3.输水管路；4.水压报警器；5.压力表；6.注水阀；7.气压加载装置；8.竖向注水管路；9.竖向充气管路；10.管路侧壁；11.充气膜袋；12.数据连接线；13.微型压力传感器；14.气压报警器;15.溶洞模型；16.填筑材料。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术部分所介绍的，对于以往模型试验中溶洞水压加载装置可重复性差，只能针对特定的模拟工况实现水压加载，往往密封效果不甚理想，大多通过试验过程中发现问题针对性的解决问题来达到完全密封的目的，试验过程效率低下、密封装置无法重复利用，本发明公开了一种用于模型试验的承压溶洞水压加载及密封装置及方法。

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1、2、3所示，一种用于模型试验的承压溶洞水压加载及密封装置，包括压力气罐9；储水罐2；输水管路3；水压报警器4；压力表5；注水阀6；储气罐7；竖向注水管路8；竖向充气管路9；管路侧壁10；充气膜袋11；数据连接线12；微型压力传感器13；气压报警器14；溶洞模型15；16.填筑材料16；

该装置的水压加载系统包括压力气罐1、储水罐2、水压报警器4和压力表5，主要提供模型试验溶洞15所需的外部水源供给以及恒定的水压力。

待模型试验的相似材料填筑完成即可进行溶洞水压力的加载，竖向注水管路8为过水通道，与竖向充气管路9并排安置，充气管路9与侧部三个相互独立的高强膜袋11相连，膜袋11由高强固体胶固定在充气管路9外侧，通过外部气压加载装置7实现膜袋11膨胀密封。其中竖向注水管路8外侧与充气膜袋11对应位置安装微型压力传感器13，通过数据传输线12实现与外部密封效果监测系统的数据连接。而外部密封效果监测系统的气压报警器装置14，内置微型压力传感器13与气密性效果评估程序，对于达到气密性要求的情况及时反馈气压控制系统14，终止膜袋11的继续膨胀，达到试验要求直接进行试验。

密封装置为可循环利用装置，通过每次试验完成后清洁保存即可循环使用。

所述膜袋密封装置与水压加载系统通过转相接口连接，为模型试验提供溶洞所需要的稳定外部水源供给以及恒定的水头压力。

所述水压监测系统是由压力表5与水压报警器4组成，压力表5实时关注溶洞水压变化，对密封装置的气密性起到了监测作用；通过设置水压梯度监测程序实现溶洞水压陡降的监测报警。

所述竖向注水管8路为过水通道，与竖向充气管路9并排安置，充气管路9与侧部三个相互独立的高强膜袋11相连，通过外部气压加载装置实现膜袋膨胀密封；待每种工况试验完毕，即可通过气压加载装置的排气操作实现膜袋收缩，取出密封装置。

与所述充气膜袋位置对应的竖向注水管路外侧安置微型压力传感器，通过数据传输线实现与外部密封效果监测系统的数据连接，外部密封效果监测系统内置微型压力传感器与气密性效果评估程序，对于达到气密性要求的情况及时反馈气压控制系统14，关闭储气罐7。

具体的，一种用于模型试验的承压溶洞水压加载及密封装置进行实验的方法，包括以下步骤：

(1)完成模型试验的填筑工作，在需完成水压加载溶洞15上方的预留过水通道处安装膜袋密封装置11，并完成初步固定。

(2)启动外部气压加载装置7，实时关注密封效果监测系统14数值显示，待微型压力传感器13数值达到密封要求即可关闭气压加载装置7，完成膜袋密封处理。

(3)启动水压加载系统由竖向注水管路8向溶洞15内注水，时刻关注水压报警器4与压力表5，对于出现水压力陡降情况认为气密性出现问题，立即再次启动外部气压加载装置7，完成气密性的补充修复，进而实现水压加载装置气密性的伺服控制。对于水压报警器4与压力表5正常情况，认为气密性符合工作要求，关注压力表5数据变化完成水压的加载。

(4)试验结束后再次启动外部气压加载装置7的泄压操作，实现膜袋11泄压，将与填筑材料15分离后的密封装置取出，清理干净安全放置。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

对于以往模型试验中溶洞水压加载装置可重复性差，只能针对特定的模拟工况实现水压加载，往往密封效果不甚理想，大多通过试验过程中发现问题针对性的解决问题来达到完全密封的目的，试验过程效率低下、密封装置无法重复利用。与前人的装置相比，本装置可以重复循环利用，通过气压加载装置实现膜袋膨胀后一次性解决溶洞水压加载密封问题，在膜袋与注水管路之间设置压力敏感元件实现了密封效果的定量化评估及预警。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。