[发明专利]一种基于光纤传感的泡沫渗透监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于光纤传感的泡沫渗透监测系统及方法，其技术方案为：包括泡沫渗透装置、观测装置，泡沫渗透装置包括用于填充土颗粒的透明渗透容器，渗透容器顶端连接泡沫发生装置；渗透容器内设有用于监测泡沫渗流速度的光纤检测模块；观测装置包括用于获取泡沫渗透信息的图像采集装置，图像采集装置连接图像处理装置，图像处理装置对所述信息进行记录并存储。本发明能够监测泡沫在土颗粒孔隙中的渗流速度，并可以观测泡沫在土颗粒孔隙渗透时的体积及衰变规律；从而能够确定盾构掘进时渣土改良的参数。

技术领域

本发明涉及渣土改良领域，尤其涉及一种基于光纤传感的泡沫渗透监测系统及方法。

背景技术

在地下交通建设中，盾构法作为暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，自动化程度高、施工速度快、可一次成洞、不受气候影响，因其经济上的优越性应用广泛。目前我国应用于城市地铁施工的盾构机类型主要是土压平衡式盾构机，其原理是使开挖面切口环内被动土压力与开挖面刀盘外侧主动土压力保持平衡，因此要求作为支撑介质的土砂具有良好的塑流性，以保证掘进效率。但是由于一般土壤不能完全满足这些特征，需要对其进行渣土改良。

渣土改良就是通过盾构机上的专用设备向开挖面或土舱内注入改良剂，将切削下来的土体调整成“塑性流动状态”，改良的渣土要具有良好的可塑性、较低的渗透性和较小的摩擦阻力，从而保证盾构掘进的顺利进行。泡沫剂又称发泡剂，是指能够降低液体表面张力，产生大量均匀稳定的泡沫，在盾构行业作为土体改良剂被大量使用。

近几年，国内渣土改良用泡沫剂大量投放市场，但现有产品依然暴露出发泡倍数低，应用掺量大等诸多不足，为此，相关人员进行了大量试验进行泡沫剂改良，以求达到更好的渣土改良效果。研究表明，泡沫与土体的混合程度越高，改良效果越好，且泡沫需要在土颗粒中进行一定的渗透，才能充分与土体混合，而这些试验都与泡沫在渣土中的渗透过程息息相关。但是发明人发现，目前并没有直观的观测泡沫在土颗粒孔隙中的渗透规律的设备，导致泡沫渗透过程的机理不明确，相关研究匮乏，给泡沫剂在渣土改良中的使用带来了极大的困难。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于光纤传感的泡沫渗透监测系统及方法，能够监测泡沫在土颗粒孔隙中的渗流速度，并可以观测泡沫在土颗粒孔隙渗透时的体积及衰变规律；从而能够确定盾构掘进时渣土改良的参数。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种基于光纤传感的泡沫渗透监测系统，包括：

泡沫渗透装置，包括用于填充土颗粒的透明渗透容器，渗透容器顶端连接泡沫发生装置；渗透容器内设有用于监测泡沫渗流速度的光纤检测模块；

观测装置，包括用于获取泡沫渗透信息的图像采集装置，图像采集装置连接图像处理装置，图像处理装置对所述信息进行记录并存储。

作为进一步的实现方式，所述光纤检测模块包括多模光纤，所述多模光纤连接加热装置，多模光纤通过脉冲激光设备连接主机。

作为进一步的实现方式，所述光纤检测模块包括光纤传感器，光纤传感器通过脉冲激光设备连接主机；光纤传感器从渗透容器一侧预留孔中插入至内部。

作为进一步的实现方式，所述图像采集装置采用电子显微镜，渗透容器轴向间隔设有多个用于电子显微镜观测的观测窗，所述观测窗一侧设置测试带。

作为进一步的实现方式，所述多模光纤按S形布置于渗透容器内。

作为进一步的实现方式，所述图像采集装置采用相机。

作为进一步的实现方式，所述渗透容器底部安装托架，托架上方放置用于支撑土体颗粒的托盘，托盘表面设有透气孔。

作为进一步的实现方式，所述渗透容器内部分布若干其轴线相垂直的柱体，柱体一端通过连接部连接为一体。