基于自循环差压法灌浆过程中动态浆液密度检测方法研究

High-precision dynamic detection of Slurry density in grouting process is essential for the grouting quality, this research studied 1)the principles and characteristics of the slurry dynamic measuring by the differential pressure densimeter in grouting, 2) how to improve the measurement precision of slurry density on the basis of the differential pressure method, 3) Based on the characteristics of dynamic slurry, finish laboratory simulation and field tests in order to establish the hydrodynamic model of slurry flow whilst dynamic analysis and calculation methods in grouting pipeline system, and get frictional resistance and local resistance distribution of dynamic slurry in the measuring pipe, and then determinate the damping coefficient of each part composing the pipeline, hydraulic characteristics of pump capacity, wave characteristics of grouting pressure, 4) Analysis on the influence of flow stability and slurry density measurements caused by different factors, then discuss the detection mechanism deeply, and rely on this basis to establish the evaluation method of detection effects in different kinds of slurry transmission condition, 5) Apply computer Fuzzy Control technology to establish a whole mathematical model of dynamics testing on slurry density in grouting process； use field test data to analysis and verify the internal mechanism; make use of the fuzzy control algorithm to write analysis and calculation program, and then predict the flow characteristics and stability for improving dynamic detection of slurry density in the grouting process.

灌浆过程浆液密度的高精度动态检测对于灌浆质量保证至关重要，主要研究了灌浆现场差压式密度计测量动态浆液的原理和特点，如何在差压法基础上对浆液密度的检测方式进行改进，来提高测量精度。研究结合动态浆液的特点，从室内模拟试验和现场试验出发，建立灌浆管路系统内浆液流动的流体力学模型和动态分析计算方法，获得动态浆液在测量管路中摩擦阻力、局部阻力分布情况，确定测量管路中各个管路原件的阻尼系数，灌浆泵泵量的液动特性、灌浆压力波动特性。分析各影响对浆液流速稳定性和密度测量的影响，深入探讨其检测机理，并在此基础上建立起不同浆液传递条件下检测效果的评价方法。引入计算机的模糊控制技术，建立灌浆过程动态浆液密度检测整体数学模型，依托工程现场试验数据进行内在机理分析和验证，基于模糊的控制算法编写分析计算程序，预测浆液在管道中流动及稳定特性，用于指导灌浆过程浆液密度动态检测。

灌浆过程浆液密度的高精度动态检测对于灌浆质量保证至关重要，在我国灌浆工程领域，水泥浆液的动态密度检测主要以差压法测量为主。差压式密度传感器的原理是源于静压式液位测量，这种方法比较适合检测静态和流速相对稳定流体。在灌浆过程中由于灌浆泵和高压调节阀的作用，灌浆管道中压力和浆液流速变化的幅值很大，且又是十分频繁的。压力波动和调压阀调节引起的动态附加力和浆液流速的变化都会直接影响到浆液密度的测量精度和真实性。.主要研究了灌浆现场差压式密度计测量动态浆液的原理和特点，在差压法基础上对浆液密度的检测方式进行改进，来提高测量精度。研究结合动态浆液的特点，从室内模拟试验和现场试验出发，建立灌浆管路系统内浆液流动的流体力学模型和动态分析计算方法，获得动态浆液在测量管路中摩擦阻力、局部阻力分布情况，确定测量管路中各个管路原件的阻尼系数，灌浆泵泵量的液动特性、灌浆压力波动特性。分析各影响对浆液流速稳定性和密度测量的影响，深入探讨其检测机理，并在此基础上建立起不同浆液传递条件下检测效果的评价方法。引入计算机的模糊控制技术，建立灌浆过程动态浆液密度检测整体数学模型，设计和研发了基于模糊控制算法和灌浆管路整体数学模型的灌浆压力自动控制系(GPAC系统)。当灌浆压力在0~5MPa内变化时，GPAC系统可在5~6s响应时间内实现压力自动控制，并将控制精度保持在压力设定值的5%以内，稳定性良好，达到了压力波动幅度的设计控制目标。依托糯扎渡水电工程现场试验数据进行内在机理分析和验证，基于模糊的控制算法编写分析计算程序，预测浆液在管道中流动及稳定特性，用于指导灌浆过程浆液密度动态检测。.本项目经过三年的研究工作，完成了设计任务要求。已发表学术论文5篇，其中SCI检索1篇，EI检索4篇，授权发明专利一项，培养研究生4人，获得博士学位2人。