管2的周围，各温度传感器3通过传输导线4连接数据采集模块5，各温 度传感器3布置时应考虑传输导线4的布设，以减少对灌浆的干扰为原则；数据采集模块5 用于采集各温度传感器3的温度信号及有关信息，并将其传送至数据处理分析模块6,在本 发明较佳实施例中，数据采集模块5采用多通道数据采集器，其采样频率不小于10Hz;数据 处理分析模块6对数据采集模块5采集的数据进行在线或离线分析，测定分析水泥浆的扩 散行为，具体地说，数据处理分析模块6获取各传感器的位置坐标；对数据采集模块5采集 的数据进行在线或离线分析，将电信号转化为温度信号，通过温度时程曲线中温度突增点 判断浆液达到传感器所在位置的时刻，从而实现浆液扩散的过程监测，在线(或历史）显示 浆液的扩散过程。
[0021] 图2为本发明较佳实施例中温度传感器布置的示意图。以下将通过一具体实施例 对本发明进一步说明。在本发明具体实施例中，在室内砂砾石层试验时，砂砾石应当分层装 载，将温度传感器3按照环形均匀布置于灌浆管2周围（图2中虚线圆圈表示温度传感器环 形布置)，并测定布置点的位置，布置完一层后再进行下一层砂砾石装置和温度传感器3的 布设，如图2所示。砂砾石地层分层装载和温度传感器3布置时应考虑传输导线4的布设， 以减少对灌浆的干扰为原则，先分散后集中的方式进行；温度传感器3的体积应尽量小，同 时具有防水、耐磨的特点；数据采集模块5为多通道数据采集器，用于采集各温度传感器的 相关信息及信号；数据处理分析模块6具备的功能包括：获取各温度传感器的位置坐标，对 数据采集模块5采集的数据进行在线或离线分析，将采集的电信号转化为温度信号，通过 温度时程曲线的突变点判断浆液是否达到传感器所在位置；在线(或历史）显示浆液的扩散 过程。
[0022] 在实施监测工作前，需要测量水泥浆在高温下（一般60°C)的特性参数，如表观粘 度、流动性和凝结时间等。
[0023] 图3为本发明一种砂砾石水泥灌浆浆液扩散行为监测方法的步骤流程图。如图3 所示，本发明一种砂砾石水泥灌浆浆液扩散行为监测方法，包括如下步骤： 步骤301，分层装载砂砾石和布设温度传感器，于设定位置埋设灌浆管，并将各温度传 感器通过传输导线连接至数据采集模块及数据处理分析模块。各层的温度传感器环形均匀 布置于灌浆管2的灌浆孔周围。
[0024] 步骤302,配置高温水泥浆。采用热水进行水泥浆配置，水温选择65?70°C左右， 搅拌后的浆液温度在60°C左右，并取部分浆液，进行表观粘度、流动性和凝结时间等指标测 试。
[0025] 步骤303,进行灌浆实验，将高温水泥浆灌入灌浆管2,利用数据采集模块采集各 温度传感器，数据处理分析模块对采集的数据进行在线或离线分析，测定分析水泥浆的扩 散行为。即具体地说，获取各传感器的位置坐标；对采集的数据进行在线或离线分析，将电 信号转化为温度信号，比较该温度传感器温度时程数据中数值突增时刻点，确定浆液达到 该传感器的时刻；在线(或历史）显示浆液的扩散过程。
[0026] 在本发明具体实施例中，判断浆液达到传感器位置的方法是通过比较该温度传感 器温度时程数据中数值突增时刻点，即：
【主权项】
1. 一种砂碱石层水泥灌浆浆液扩散过程监测装置，其特征在于：该装置至少包括： 砂碱石层水泥灌浆系统，包括灌浆管和分层装载配置好的砂碱石层，所述灌浆管用于 向砂碱石层灌注高温水泥浆； 温度传感器，温度传感器按照环形布置于各层砂碱石层中的灌浆管的周围； 数据采集模块，用于采集各温度传感器的数据； 数据处理分析模块，对所述数据采集模块采集的数据进行在线或离线分析，测定分析 水泥浆的扩散行为。
2. 如权利要求1所述的一种砂碱石层水泥灌浆浆液扩散过程监测装置，其特征在于： 所述数据采集模块的采样频率不小于10化。
3. 如权利要求1所述的一种砂碱石层水泥灌浆浆液扩散过程监测装置，其特征在于： 所述数据处理分析模块用于获取各传感器的位置坐标，对所述数据采集模块采集的数据进 行在线或离线分析，将电信号转化为温度信号，通过温度时程曲线中温度突增点判断浆液 达到传感器所在位置的时刻，实现对水泥浆扩散的过程监测。
4. 如权利要求1所述的一种砂碱石层水泥灌浆浆液扩散过程监测装置，其特征在于： 所述温度传感器在所述灌浆管的灌浆孔周围环形均匀布置。
5. 如权利要求1所述的一种砂碱石层水泥灌浆浆液扩散过程监测装置，其特征在于： 所述高温水泥浆采用65?70°C的热水对水泥浆进行配置。
6. -种砂碱石层水泥灌浆浆液扩散过程监测方法，包括如下步骤： 步骤一，分层装载砂碱石层和布设温度传感器，于设定位置埋设灌浆管，并将各温度传 感器通过传输导线连接至数据采集模块及数据处理分析模块； 步骤二，配置高温水泥浆； 步骤S，将所述高温水泥浆灌入所述灌浆管，利用所述数据采集模块采集各温度传感 器的数据，并利用所述数据处理分析模块对采集的数据进行在线或离线分析，测定分析水 泥浆的扩散行为。
7. 如权利要求6所述的一种砂碱石层水泥灌浆浆液扩散过程监测方法，其特征在于， 步骤一还包括如下；分层装载配置砂碱石层，当第一层铺设达到指定高度后，安装温度传感 器，再次测定传感器所在位置，然后进行下一层的砂碱石的装载；再设定位置埋设所述灌浆 管；最后连接好灌浆设备；将各传感器的传输导线连接至所述数据采集模块和所述数据处 理模块；输入各传感器的有关信息，并进行采集测试，确保各传感器采集的数据准确。
8. 如权利要求6所述的一种砂碱石层水泥灌浆浆液扩散过程监测方法，其特征在于： 于步骤二中，还包括取部分浆液，进行表观粘度、流动性和凝结时间的指标测试的步骤。
9. 如权利要求8所述的一种砂碱石层水泥灌浆浆液扩散过程监测方法，其特征在于： 所述高温水泥浆采用65?70°C的热水对水泥浆进行配置。
10. 如权利要求6所述的一种砂碱石层水泥灌浆浆液扩散过程监测方法，其特征在于， 步骤=还包括如下步骤： 获取各传感器的位置坐标； 对所属数据采集模块采集的数据进行在线或离线分析，将电信号转化为温度信号，通 过温度时程曲线中温度突增点判断浆液达到传感器所在位置的时刻； 显示浆液的扩散过程。
【专利摘要】本发明公开了一种砂砾石层水泥灌浆浆液扩散过程监测装置及方法，其中所述砂砾石层水泥灌浆浆液扩散过程监测装置包括砂砾石层水泥灌浆系统、温度传感器、数据采集模块和数据处理分析模块。本发明通过利用高温水泥浆和预埋温度传感器对水泥浆的扩散过程进行监测，实现了对水泥浆在砂砾石层中的扩散过程监测，进而便于研究其扩散机理，为灌浆理论的研究提供支撑。
【IPC分类】G01N13-00
【公开号】CN104535461
【申请号】CN201510009248
【发明人】王春, 符平, 张金接, 赵卫全, 邢占清
【申请人】中国水利水电科学研究院, 北京中水科工程总公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月8日