CN109854286A - 一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备及实验方法，它包括中心部位加工有注浆孔的模拟岩样，所述模拟岩样的注浆孔内部固定安装有钢管，所述钢管的端头竖直伸出至注浆孔的孔外，所述钢管的外伸端安装有加热装置，所述模拟岩样的顶部固定有钢板，所述钢管穿过钢板的中心孔；所述可视化测试设备还配备有超声波振动装置，所述超声波振动装置包括超声波发生器和超声波振动棒。能够实现超声波对浆液振动的同时在岩样上施加不同的轴向压力或改变浆液的温度或有一定的围压的情况下，测试岩样的注浆效果。

Description

一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备及实验方法

技术领域

本发明属于超声波辅助压力注浆技术领域，涉及一种超声波辅助压力注浆的可视化设备及实验方法。

背景技术

隧道锚杆支护在控制隧道围岩变形中起着至关重要的作用，目前较多隧道锚杆支护设计采用中空锚杆或自进式中空锚杆，

但在打锚杆的过程中，锚杆附近的围岩会出现裂隙，这会降低锚杆的抗拔能力，利用超声波振动浆液让更多的浆液渗透到裂隙里面去，让锚杆固结得更好，从而可提高锚杆的抗拔。本发明可模拟这一过程，看出实际效果。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备及实验方法，能够实现超声波对浆液振动的同时在岩样上施加不同的轴向压力或改变浆液的温度或有一定的围压的情况下，测试岩样的注浆效果。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备，它包括中心部位加工有注浆孔的模拟岩样，所述模拟岩样的注浆孔内部固定安装有钢管，所述钢管的端头竖直伸出至注浆孔的孔外，所述钢管的外伸端安装有加热装置，所述模拟岩样的顶部固定有钢板，所述钢管穿过钢板的中心孔；所述可视化测试设备还配备有超声波振动装置，所述超声波振动装置包括超声波发生器和超声波振动棒。

所述模拟岩样采用透明材质制成，所述模拟岩样上设置有多裂隙。

所述钢板顶部的钢管上套装有螺母，所述钢管与螺母相配合的位置加工有外螺纹，并构成螺纹传动配合。

所述超声波振动棒整体伸进浆液。

所述模拟岩样的注浆孔内部填充有浆液，所述浆液内部填充有高聚物添加剂。

所述高聚物添加剂采用聚乙烯氧化物。

所述模拟岩样的外部套装有由透明的柔性材料做成的套管，并将模拟岩样密封住。

所述模拟岩样采用类岩石树脂材料制成。

所述钢板上设置有永磁铁，在模拟岩样的底部安装有电磁铁，所述电磁铁与永磁铁相配合，并产生电磁吸力。

任意一项所述一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备的顶部实验方法，其特征在于它包括以下步骤：

Step1：平整场地，清理场地上周围碎石及杂物；

Step2：将注浆管伸入到模拟岩样的注浆孔内部，启动注浆机对模拟岩样进行正常注浆或高压注浆；

Step3：注浆完成后，拔出注浆管，将超声波振动棒伸入注浆孔内部，启动超声波发生器调节功率；

通过Step1～Step3，实现在正常注浆或高压注浆的情况下，测试超声波辅助岩样的注浆效果；

Step4：通过启动加热装置，改变浆液的温度；

通过Step1～Step4，实现在正常注浆或高压注浆的情况下，改变浆液温度，测试超声波辅助岩样的注浆效果；

Step5：重复Step1～Step3后，通过拧动钢管上的螺母，对模拟岩样施加轴压；

通过Step5实现在正常注浆或高压注浆的情况下，对模拟岩样施加压力，测试超声波辅助岩样的注浆效果；

Step6：重复Step1～Step3后，通过对岩样周围套一个由透明的柔性材料做成的套管把岩样密封住，给岩样施加围压；

通过Step6实现在正常注浆或高压注浆的情况下，对岩样施加围压，测试超声波辅助岩样的注浆效果。

本发明有如下有益效果：

1、通过拧动钢板上的螺母使钢板下压从而改变模拟岩样的轴向压力。

2、通过启动加热装置，因为钢管可导热，使整条钢管发热，可改变浆液的温度。

3、通过对模拟岩样周围套一个由透明的柔性材料做成的套管把岩样密封住，从而模拟岩样受到围压的情况。

4、超声波振动棒整体伸进浆液，可降低黏性提高流动性，让浆液渗流到更深的位置。

5、超声波振动棒整体伸进浆液，通过超声波产生的赫兹冲击浆液，消除气泡甚至边角上的气泡，让浆液在缝隙里填充得更好。

6、往浆液加入一定量的聚乙烯氧化物或其它高聚物添加剂，一定程度上可降低黏性提高流动性，从而降低超声波振动功率要求。

7、通过对浆液发射低功率的微波，使浆液里的水分子剧烈振动，对浆液整体快速提高温度的同时，保证水分子不被蒸发，一定程度上可降低浆液的黏性提高流动性，从而降低超声波振动功率要求。

8、由于超声波振动能量在液体中的传递很强，所以比普通的振动装置作用范围更大。

9、通过对比超声波振动作用前后所拍摄的图像，可得使用超声波振动作用后给注浆带来浆液的渗流差异。

10、通过在钢板上贴上永磁铁，在模拟岩样的底部安装电磁铁，通过对电磁铁进行通电产生磁性，从而形成的反向压力作用于岩样。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的三维图。

图2为本发明的透视图。

图中：岩样1、钢管2、钢板3、加热装置4、螺母5、裂隙6、注浆孔7。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-2，一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备，它包括中心部位加工有注浆孔7的模拟岩样1，所述模拟岩样1的注浆孔7内部固定安装有钢管2，所述钢管2的端头竖直伸出至注浆孔7的孔外，所述钢管2的外伸端安装有加热装置4，所述模拟岩样1的顶部固定有钢板3，所述钢管2穿过钢板3的中心孔；所述可视化测试设备还配备有超声波振动装置，所述超声波振动装置包括超声波发生器和超声波振动棒。

进一步的，所述模拟岩样1采用透明材质制成，所述模拟岩样1上设置有多裂隙。

进一步的，所述钢板3顶部的钢管2上套装有螺母5，所述钢管2与螺母5相配合的位置加工有外螺纹，并构成螺纹传动配合。

进一步的，所述超声波振动棒整体伸进浆液。

进一步的，所述模拟岩样1的注浆孔7内部填充有浆液，所述浆液内部填充有高聚物添加剂。

进一步的，所述高聚物添加剂采用聚乙烯氧化物。

进一步的，所述模拟岩样1的外部套装有由透明的柔性材料做成的套管，并将模拟岩样密封住。

进一步的，所述模拟岩样1采用类岩石树脂材料制成。

进一步的，所述钢板3上设置有永磁铁，在模拟岩样1的底部安装有电磁铁，所述电磁铁与永磁铁相配合，并产生电磁吸力。

进一步的，利用悬挂式的构件来改变模拟岩样的倾斜角度。

进一步的，模拟岩样的底部设置有塑性泥，因为其需要一定的外力方可产生塑性变形，所以可通过将塑性泥粘在模拟岩样的底部改变其形状来改变模拟岩样1的倾斜角度。

进一步的，所述加热装置4可拆卸。

实施例2：

任意一项所述一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备的顶部实验方法，它包括以下步骤：

Step1：平整场地，清理场地上周围碎石及杂物；

Step2：将注浆管伸入到模拟岩样1的注浆孔7内部，启动注浆机对模拟岩样1进行正常注浆或高压注浆；

Step3：注浆完成后，拔出注浆管，将超声波振动棒伸入注浆孔7内部，启动超声波发生器调节功率；

通过Step1～Step3，实现在正常注浆或高压注浆的情况下，测试超声波辅助岩样的注浆效果；

Step4：通过启动加热装置4，改变浆液的温度；

通过Step1～Step4，实现在正常注浆或高压注浆的情况下，改变浆液温度，测试超声波辅助岩样的注浆效果；

Step5：重复Step1～Step3后，通过拧动钢管2上的螺母5，对模拟岩样1施加轴压；

通过Step5实现在正常注浆或高压注浆的情况下，对模拟岩样1施加压力，测试超声波辅助岩样的注浆效果；

Step6：重复Step1～Step3后，通过对岩样周围套一个由透明的柔性材料做成的套管把岩样密封住，给岩样施加围压；

通过Step6实现在正常注浆或高压注浆的情况下，对岩样施加围压，测试超声波辅助岩样的注浆效果。

实施例3：

任意一项所述一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备的顶部实验方法，它包括以下步骤：

Step1：平整场地，清理场地上周围碎石及杂物；

Step2：将注浆管伸入到模拟岩样1的注浆孔7内部，启动注浆机对模拟岩样1进行正常注浆或高压注浆；

Step3：注浆完成后，拔出注浆管，将超声波振动棒6伸入注浆孔7内部，启动超声波发生器调节功率；

通过Step1～Step3，实现在正常注浆或0.6MPa高压注浆的情况下，测试超声波辅助岩样的注浆效果；

Step4：通过启动加热装置4，改变浆液的温度；

通过Step1～Step4，实现在正常注浆或0.6MPa高压注浆的情况下，改变浆液温度，测试超声波辅助岩样的注浆效果；

Step5：重复Step1～Step3后，通过拧动钢管2上的螺母5，对模拟岩样1施加轴压；

通过Step5实现在正常注浆或0.6MPa高压注浆的情况下，对模拟岩样1施加压力，测试超声波辅助岩样的注浆效果；

Step6：重复Step1～Step3后，通过对岩样周围套一个由透明的柔性材料做成的套管把岩样密封住，给岩样施加围压；

通过Step6实现在正常注浆或0.6MPa高压注浆的情况下，对岩样施加围压，测试超声波辅助岩样的注浆效果。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备，其特征在于：它包括中心部位加工有注浆孔（7）的模拟岩样（1），所述模拟岩样（1）的注浆孔（7）内部固定安装有钢管（2），所述钢管（2）的端头竖直伸出至注浆孔（7）的孔外，所述钢管（2）的外伸端安装有加热装置（4），所述模拟岩样（1）的顶部固定有钢板（3），所述钢管（2）穿过钢板（3）的中心孔；所述可视化测试设备还配备有超声波振动装置，所述超声波振动装置包括超声波发生器和超声波振动棒。

2.根据权利要求1所述一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备，其特征在于：所述模拟岩样（1）采用透明材质制成，所述模拟岩样（1）上设置有多裂隙。

3.根据权利要求1所述一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备，其特征在于：所述钢板（3）顶部的钢管（2）上套装有螺母（5），所述钢管（2）与螺母（5）相配合的位置加工有外螺纹，并构成螺纹传动配合。

4.根据权利要求1所述一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备，其特征在于：所述超声波振动棒整体伸进浆液。

5.根据权利要求1所述一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备，其特征在于：所述模拟岩样（1）的注浆孔（7）内部填充有浆液，所述浆液内部填充有高聚物添加剂。

6.根据权利要求5所述一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备，其特征在于：所述高聚物添加剂采用聚乙烯氧化物。

7.根据权利要求1所述一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备，其特征在于：所述模拟岩样（1）的外部套装有由透明的柔性材料做成的套管，并将模拟岩样密封住。

8.根据权利要求1或2所述一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备，其特征在于：所述模拟岩样（1）采用类岩石树脂材料制成。

9.根据权利要求1所述一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备，其特征在于：所述钢板（3）上设置有永磁铁，在模拟岩样（1）的底部安装有电磁铁，所述电磁铁与永磁铁相配合，并产生电磁吸力。

10.采用权利要求1-9任意一项所述一种超声波辅助压力注浆的可视化测试设备的顶部实验方法，其特征在于它包括以下步骤：

Step1：平整场地，清理场地上周围碎石及杂物；

Step2：将注浆管伸入到模拟岩样（1）的注浆孔（7）内部，启动注浆机对模拟岩样（1）进行正常注浆或高压注浆；

Step3：注浆完成后，拔出注浆管，将超声波振动棒伸入注浆孔（7）内部，启动超声波发生器调节功率；

通过Step1～Step3，实现在正常注浆或高压注浆的情况下，测试超声波辅助岩样的注浆效果；

Step4：通过启动加热装置（4），改变浆液的温度；

通过Step1～Step4，实现在正常注浆或高压注浆的情况下，改变浆液温度，测试超声波辅助岩样的注浆效果；

Step5：重复Step1～Step3后，通过拧动钢管（2）上的螺母（5），对模拟岩样（1）施加轴压；

通过Step5实现在正常注浆或高压注浆的情况下，对模拟岩样（1）施加压力，测试超声波辅助岩样的注浆效果；

Step6：重复Step1～Step3后，通过对岩样周围套一个由透明的柔性材料做成的套管把岩样密封住，给岩样施加围压；

通过Step6实现在正常注浆或高压注浆的情况下，对岩样施加围压，测试超声波辅助岩样的注浆效果。