CN106840977A - 注浆模拟装置 - Google Patents

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刘德民
杨德方
徐长杰
武斌
陈建东
韩永
郑贵强
张小趁
马丽红
王彩红
范国敏
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N13/04Investigating osmotic effects
    • GPHYSICS
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/08Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/082Investigating permeability by forcing a fluid through a sample

Abstract

本发明公开了一种注浆模拟装置。该注浆模拟装置包括:试验架;顶部加压装置;充填模拟模型桶,包括:介质充填桶、底盖、顶盖、透水压板、顶杆和压力板,所述压力板固定在顶杆的外端,所述透水压板能够上下移动的布设在介质充填桶内形成注浆舱室,所述顶杆的内端与透水压板接触抵压,所述顶盖设置有注水接头,所述介质充填桶的侧面设置有注浆接头,所述注浆接头的内侧连接有注浆管,所述底盖的中部设置有泄水阀门,所述泄水阀门的周围设置有传感器孔塞;注水装置;以及注浆装置。该注浆模拟装置能够模拟不同地层深度或高压地层的浆液扩散规律;而且能够根据实际地质环境来设置模拟试验环境,符合工程实践的需求。

Description

注浆模拟装置
技术领域
[0001]本发明涉及岩土工程领域,特别涉及一种注浆模拟装置。
背景技术
[0002]随着我国矿山、隧道、地铁等地下工程的快速发展,对具有填充加固、防渗堵漏作 用的注楽技术应用越来越广泛。目前随着注衆机械、材料及工艺的进步,注楽技术得到了快 速发展,然而由于注浆地层深度、岩土裂隙情况、水压、水流速等地层条件复杂性,使室内注 浆试验模拟难度大,不能得出准确的工程注浆参数来指导工程实践,即注浆理论研究极大 滞后于工程实践的需求。
[0003]现有专利(CN 105527384)公开的一种注浆模拟试验装置及其试验方法,此方法再 原有室内注浆试验方法研究浆液性质和被注浆介质特征对浆液扩散规律的基础上,还模拟 了注浆过程中孔隙水消散对注浆的效果的影响;现有专利(CN 105136641)公开的一种模拟 动水条件下渗透注浆扩散试验的模型装置,此装置利用加水装置模拟了低压力低流速超细 注浆材料在动水环境下渗入砂质介质的规律。
[0004] 但上述的方法普遍存在以下几方面缺陷:
[0005] 1 •无法模拟不同地层深度或高压地层的浆液扩散规律;(因不同深度地层的三维 方向对被注浆介质的压力不同,因此不在被注浆介质顶部加压,将不能模拟不同地层深度 和高压地层的环境。)
[0006] 2 •无法对无水、不同水压的静水和不同水速的动水三种环境下的注浆规律进行模 拟。模拟的环境单一,对实践指导意义小;
[0007] 3.无法模拟注浆管中孔的数量排布不同时浆液扩散规律;(注浆管不可做多套替 换)。
[0008] 公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不应 当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
[0009] 本发明的目的在于提供一种结构简单合理的注浆模拟装置,该注浆模拟装置具有 顶部加压装置,能够模拟不同地层深度或高压地层的浆液扩散规律;而且能够根据实际地 质环境来设置模拟试验环境,符合工程实践的需求。还能够测试在不同的环境下不同注浆 喷出孔数量和排布对浆液扩散规律的影响。
[0010] 为实现上述目的,本发明提供了一种注浆模拟装置,包括:试验架;顶部加压装置, 其固定到所述试验架上;充填模拟模型桶,其设置在所述顶部加压装置的下方,具体包括: 介质充填桶、底盖、顶盖、透水压板、顶杆和压力板,所述底盖、顶盖分别盖设在所述介质充 填桶的两端开口,所述顶杆能够轴向移动的穿设在顶盖内,所述压力板固定在顶杆的外端, 所述透水压板能够上下移动的布设在介质充填桶内形成注浆舱室,所述顶杆的内端与透水 压板接触抵压,所述顶盖设置有注水接头,所述介质充填桶的侧面设置有注浆接头,所述注 浆接头的内侧连接有注浆管,所述底盖的中部设置有泄水阀门,所述泄水阀门的周围设置 有传感器孔塞;注水装置,其包括:储水箱、加压气泵、注气软管、注水软管、控水阀门和第一 压力表,所述加压气泵通过注气软管与储水箱连接,所述储水箱通过注水软管与注水接头 连接,所述控水阀门设置在注水软管上,所述加压气泵和储水箱均设置有第一压力表;以及 注浆装置,其包括:注浆小车、注浆泵、注浆软管、控浆阀门和第二压力表,所述注浆泵与注 浆小车连接,所述注浆栗通过注浆软管与注浆接头连接,所述控浆阀门设置在注浆软管上, 所述注浆小车和注浆栗均设置有第二压力表。
[0011]优选地,上述技术方案中,顶部加压装置为液压千斤顶。
[0012]优选地,上述技术方案中,顶杆为并列设置的三根。
[0013]优选地,上述技术方案中,底盖与介质充填桶之间设置有密封圈。
[0014]优选地,上述技术方案中,顶杆通过动密封圈穿设在顶盖内,所述压力板通过螺钉 固定在所述顶杆的外端。
[0015]优选地,上述技术方案中,注浆管的侧壁开设有多个喷出孔。
[0016]与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
[0017] 1.该注浆模拟装置具有顶部加压装置,能够给内部介质的加压,模拟地层三维压 力,从而模拟不同地层深度或高压地层的浆液扩散规律;
[0018] 2.该注浆模拟装置具有注水口、泄水阀门等结构,可以模拟无水、固定压力下静水 环境和固定流速下的动水三种环境下的浆液扩散规律,能够根据实际地质环境来设置模拟 试验环境,符合工程实践的需求。
[0019] 3 •该注浆模拟装置注浆管与注浆接口采用螺纹连接,注浆管可替换,可设计多套 喷出孔数量和排布都不同的注浆管,测试在不同的环境下不同注浆喷出孔数量和排布对浆 液扩散规律的影响。
附图说明
[0020]图1是本发明的注浆模拟装置的结构示意图。
[0021]图2是本发明的注浆模拟装置的充填模拟模型桶结构示意图。
[0022]图3是本发明的注浆模拟装置的底盖结构示意图。
[0023]图4是本发明的注楽模拟装置的透水压板结构示意图。
[0024]图5是本发明的注浆模拟装置的压力板结构示意图。
[0025]图6是本发明的注浆模拟装置的顶盖结构示意图。
[0026]图7是本发明的注衆模拟装置的注水装置结构示意图。
[0027]图8是本发明的注浆模拟装置的注浆装置结构示意图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保 护范围并不受具体实施方式的限制。
[0029]除非另有其它明确表示,否则在整个说明书和权利要求书中,术语“包括,,或其变 换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分,而并未排除其它元 件或其它组成部分。
[0030] 如图1所示,根据本发明具体实施方式的注浆模拟装置的具体包括:液压千斤顶1、 试验架2、充填模拟模型桶3、注水装置4和注浆装置5,其中,液压千斤顶1固定到试验架2上, 充填模拟模型桶3放置在试验架2上,并位于液压千斤顶1的下方。注浆装置5的注浆软管与 充填模拟模型桶3的注浆接头螺纹连接;注水装置4的注水软管与充填模拟模型桶3的注水 接头螺纹连接;液压千斤顶1作为顶部加压装置压在充填模拟模型桶3的压力板上,压力板 通过三根顶杆给透水压板压力,透水压板给内部介质进行加压,模型桶壁、底盖和透水压板 均给内部介质压力,从而模拟地层三维压力,从而模拟不同地层深度或高压地层的浆液扩 散规律。
[0031]具体来讲,如图2至图6所示,充填模拟模型桶3包括:介质充填桶36、底盖33、顶盖 315、透水压板38、顶杆311和压力板312。其中,介质充填桶36为两端开口的圆柱桶状,顶盖 315盖设在介质充填桶36的上端开口,底盖33通过螺栓34固定盖设在介质充填桶36的下端 开口,顶盖315与介质充填桶36之间设置有密封圈35,底盖33与介质充填桶36之间设置有密 封圈35。顶杆311通过动密封圈314能够轴向移动的穿设在顶盖315内,压力板312通过螺钉 313固定在顶杆311的外端(顶端),透水压板38能够上下移动的布设在介质充填桶36内,顶 杆311的内端与透水压板38接触抵压,透水压板38与底盖33之间形成注浆舱室317。顶盖315 设置有注水接头310及注水口密封圈39,注水接头310用于与注水装置4的注水软管连接。介 质充填桶36的侧面设置有注浆接头316,注浆接头316的内侧连接有注浆管37,注浆接头316 的外侧用于与注浆装置5的注浆软管连接。注浆管与注浆接头采用螺纹连接,注浆管可替 换,可设计多套喷出孔的数量和排布都不同的注浆管,测试在不同的环境下不同注浆喷出 孔数量和排布对浆液扩散规律的影响。底盖33的中部设置有泄水阀门31,泄水阀门31的周 围分别设置有第一传感器孔塞32和第二传感器孔塞318。优选的,顶杆311为并列设置的三 根。底盖、顶盖、注水接口、注浆接口、具有密封圈,传感器口具有尼龙管密封或塞密封,顶杆 有动密封圈,能够模拟无水、不同水压下的静水、不同流速下的动水三种环境下浆液扩散规 律。当不使用注水装置时,可模拟无水环境;将泄水阀门关闭时,并设定不同注水压力后,模 拟的是固定压力下静水环境;将泄水阀门打开时,并设定不同注水压力后,模拟的是不同流 速动水环境。
[0032] 如图7所示,注水装置4包括:储水箱43、加压气泵45、注气软管46、注水软管41、控 水阀门42和第一压力表44。其中,加压气泵45通过注气软管46与储水箱43连接,储水箱43通 过注水软管41与注水接头310连接,控水阀门42设置在注水软管41上,加压气栗45和储水箱 43均设置有第一压力表44。
[0033] 如图8所示,注浆装置5包括:注浆小车55、注浆泵51、注浆软管53、控浆阀门52和第 二压力表54。其中,注浆栗51与注浆小车55连接,注浆泵51通过注浆软管53与注浆接头316 连接,控浆阀门52设置在注浆软管53上,注浆小车55和注浆栗51均设置有第二压力表54。 [0034]装配时,先组装充填模拟模型桶。(1)安装底盖及注浆管,将泄水阀门安装在底盖 上,模拟动水环境打开阀门,其他环境关闭阀门;将传感器线放入尼龙管内并通过传感器接 口,模拟静水环境时,进行胶密封,若不需使用传感器则安装传感器塞,将密封圈放入充填 模拟模型桶中底部密封槽内,用螺栓将底盖和模型桶连接;将选定的注浆管与注浆管接口 螺纹连接,安装到模型桶上。将模型桶放置在试验架上。(2)装上介质及传感器,在模型桶内 底盖上覆一层防渗土工布,随后在其中分层填入被注介质,根据所需布置的传感器的数量 和方式,确定每层介质的厚度,达到设定高度时,放上透水压板;(3)安装顶盖,将动密封圈 放入顶盖密封槽内,安装上三根顶杆,用螺钉将顶杆安装在压力板上。将密封圈放入充填模 拟模型桶中密封槽内,用螺栓将顶盖和模型桶连接。然后组装整个注浆模拟装置。(1)使用 螺栓将液压千斤顶固定到试验架上;(2)将注浆软管与模型桶的注浆接头螺纹连接;(3)将 注水软管与模型桶的注水接头螺纹连接。
[0035]利用该注浆模拟装置模拟注浆浆液在地层空隙中扩散的包括以下步骤:
[0036]首先,顶部加压;将液压千斤顶的活塞杆伸长压到压力板上,然后通过压力板、顶 杆向透水压板加压,加压到指定的压力后,保持不动。
[0037] 然后,注水;向储水箱中加水,打开加压气栗,待储水桶内压力表读数达到设定值 后,开启控水阀门进行注水,根据气压表读数随时调节气泵压力使桶内压力保持在稳定值; 模拟静水环境时,达到设定时间后进行注浆,模拟动水环境时,当泄水阀门有匀速水流出后 进行注浆。若模拟的是无水环境,此步骤省略。
[0038]之后,注浆;将配置搅拌好的浆液倒入注浆小车内,开启控浆阀门,打开注浆栗,开 始注浆,3-5分钟内注浆压力将稳定在特定值,模拟无水或静水时,当达到设定的注浆时间, 注浆结束,模拟动水环境时,当底盖泄水阀门不在有水流出时,注浆结束。关闭注浆栗,关闭 注浆阀门,将注浆小车内的浆液倒出,并清洗注浆装置。注浆过程中,记录各传感器的压力, 注浆结束后,关闭控水阀门和加压气泵,压力消散后拆除注水软管。
[0039] 最后,获取实验数据;注浆步骤结束后,待注浆固结体在模型桶中养护达到一定的 时间后,拆除模形桶顶盖,取出固结体,观察记录浆液扩散范围、形态等。同时可取样进行抗 压强度实验,测量固结体的强度。
[0040] 综上,该注浆模拟装置具有顶部加压装置,能够模拟不同地层深度或高压地层的 浆液扩散规律;而且能够根据实际地质环境来设置模拟试验环境,符合工程实践的需求。还 能够测试在不同的环境下不同注浆喷出孔数量和排布对浆液扩散规律的影响。
[0041] 前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述 并非想将本发明限定为所公开的精确形式,并且很显然,根据上述教导,可以进行很多改变 和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应 用,从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及 各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (6)

1. 一种注浆模拟装置,其特征在于,包括: 试验架; 顶部加压装置,其固定到所述试验架上; 充填模拟模型桶,其设置在所述顶部加压装置的下方,放置在试验架上,具体包括:介 质充填桶、底盖、顶盖、透水压板、顶杆和压力板,所述底盖、顶盖分别盖设在所述介质充填 桶的两端开口,所述顶杆能够轴向移动的穿设在顶盖内,所述压力板固定在顶杆的外端,所 述透水压板能够上下移动的布设在介质充填桶内形成注浆舱室,所述顶杆的内端与透水压 板接触抵压,所述顶盖设置有注水接头,所述介质充填桶的侧面设置有注浆接头,所述注浆 接头的内侧连接有注浆管,所述底盖的中部设置有泄水阀门,所述泄水阀门的周围设置有 传感器孔塞; 注水装置,其包括:储水箱、加压气栗、注气软管、注水软管、控水阀门和第一压力表,所 述加压气泵通过注气软管与储水箱连接,所述储水箱通过注水软管与注水接头连接,所述 控水阀门设置在注水软管上,所述加压气泵和储水箱均设置有第一压力表;以及 注浆装置,其包括:注浆小车、注浆泵、注浆软管、控浆阀门和第二压力表,所述注浆泵 与注浆小车连接,所述注浆栗通过注浆软管与注浆接头连接,所述控浆阀门设置在注浆软 管上,所述注浆小车和注浆泵均设置有第二压力表。
2. 根据权利要求1所述的注浆模拟装置,其特征在于,所述顶部加压装置为液压千斤 顶。
3. 根据权利要求1所述的注浆模拟装置,其特征在于,所述顶杆为并列设置的三根。
4. 根据权利要求1所述的注浆模拟装置,其特征在于,所述底盖与介质充填桶之间设置 有密封圈。
5. 根据权利要求4所述的注浆模拟装置,其特征在于,所述顶杆通过动密封圈穿设在顶 盖内,所述压力板通过螺钉固定在所述顶杆的外端。
6. 根据权利要求5所述的注浆模拟装置,其特征在于,所述注浆管的侧壁开设有多个喷 出孔。
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