CN110514808A - 一种岩体裂隙注浆试验系统 - Google Patents

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CN110514808A CN201910778079.3A CN201910778079A CN110514808A CN 110514808 A CN110514808 A CN 110514808A CN 201910778079 A CN201910778079 A CN 201910778079A CN 110514808 A CN110514808 A CN 110514808A
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刘滨
桑昊旻
康永水
刘泉声
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Abstract

本发明提供了一种岩体裂隙注浆试验系统，包括供压装置、恒压注浆出浆装置、裂隙模拟装置、摄像机和数据采集仪，通过第一压力表测得空压机的压力，使气体充填盛有浆液的盛浆管，当进行浆液‑气驱替试验时，使气体从石板的裂隙的出口通入板的若干裂隙中，当进行浆液‑水驱替试验时，使浆液从石板的裂隙的出口通入板的若干裂隙中，当浆液以恒定压力流入石板的若干裂隙时，摄像机实时拍摄浆液流动扩散进程，同时传感器监测流经浆液的动态压力、流速变化，并通过数据采集仪记录与保存，实时获取浆液的迁移扩散方向及路径等多个信息，且可以直观地观测到浆液在裂隙内的流动和分布情况，具备很好的实用性。

Description

一种岩体裂隙注浆试验系统
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种岩体裂隙注浆试验系统。
背景技术
岩体工程的失稳破坏与其内部节理、裂隙等扩展和贯通有关。且随着我国地下空间逐渐向深部发展，深部围岩高应力与低强度的矛盾愈加突出，严重影响围岩稳定与工程安全。注浆是当前修复裂隙岩体，提高围岩强度的重要手段之一。将注浆材料采用一定配比制成浆液，通过注浆设备将其注入到岩体的节理、裂隙中，待浆液固化从而达到充填、胶结、加固以及堵水的目的。
目前，关于岩体裂隙注浆的研究主要采用理论、试验与数值模拟的分析方法，其中在实际的注浆工程中，浆液被注入到裂隙岩体内部，浆液在岩体裂隙内部流动是一个复杂的过程，通常涉及浆液的迁移扩散方向及路径等多个信息，且难以直观地观测到浆液在裂隙内的流动和分布情况，造成了注浆工程特有的隐蔽性和不确定性。而注浆的现场原位试验由于工程本身的复杂性使得上述多项参数难以获取，且试验成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种可以可以模拟岩体裂隙注浆过程的岩体裂隙注浆试验系统。
为了实现上述的目的，本发明采用了如下的技术方案：
在一个总体方面，提供一种岩体裂隙注浆试验系统，包括供压装置、恒压注浆出浆装置、裂隙模拟装置、摄像机和数据采集仪，其中：
供压装置包括空压机、第一压力表、第一支管和第二支管，第一压力表设置在空压机的出气管道上，第一支管和第二支管的一端均与出气管道的出气端相连通，第一支管的另一端与恒压注浆出浆装置相连通；
恒压注浆出浆装置包括上封板、下封板、盛浆管、涡轮旋桨、第二压力表、第三支管、第四支管和第五支管，上封板和下封板相对设置在盛浆管的两端，第一支管的另一端与上封板相连通，涡轮旋桨固定设置在下封板上且位于盛浆管内，第二压力表设置在第三支管上，第三支管的一端与下封板相连通，第三支管的另一端与第四支管和第五支管的一端相连通，第四支管的另一端与裂隙模拟装置相连通；
裂隙模拟装置包括石板、上压板、下压板和传感器，石板上设置有若干裂隙，上压板和下压板相对设置在石板的两端，第四支管的另一端与石板的裂隙的入口相连通，石板的裂隙的出口可操作性地与第二支管的另一端或第五支管的另一端相连通；
传感器设置在裂隙内部，摄像机用于拍摄裂隙内部的浆液，传感器和摄像机均与数据采集仪电连接。
可选的，恒压注浆出浆装置还包括第一支架、防护围板和多个滑轮，下封板固定设置在第一支架上，上封板、下封板和盛浆管均设置在防护围板内部，多个滑轮均设置在第一支架的底部。
可选的，恒压注浆出浆装置还包括多个紧固螺栓，多个紧固螺栓围绕盛浆管布置，且多个紧固螺栓的两端分别与上封板和下封板螺纹连接。
可选的，恒压注浆出浆装置还包括插头，插头通过电线与涡轮旋桨连接。
可选的，防护围板包括第一栏板、第二栏板和第三栏板，第一栏板和第三栏板相对布置，且第一栏板和第三栏板的端部通过第二栏板连接，上封板、下封板和盛浆管设置在第一栏板和第三栏板之间。
可选的，裂隙模拟装置还包括第二支架、多个定位螺栓和多个滑轮，下压板设置在第二支架上，多个定位螺栓穿过第二支架、下压板、石板和上压板后通过两端的螺母锁紧，多个滑轮均设置在第二支架的底部。
可选的，传感器包括压力传感器和流速传感器，压力传感器和流速传感器均设置有多个。
可选的，出气管道的出气端和第三支管的另一端均设置有一个分流阀，第一支管、第二支管、第四支管和第五支管分别与相应的分流阀相连通。
可选的，第一支管的另一端与上封板的连接处、第三支管的一端与下封板的连接处、石板的裂隙的入口处和石板的裂隙的出口处均设置有一个连接头。
可选的，第一支管、第二支管、第四支管和第五支管上均设置有一个限压阀。
本发明提供了一种岩体裂隙注浆试验系统，通过第一压力表测得空压机的压力上升至注浆压力以上后，使带有压力的气体通过支管充填至盛有浆液的盛浆管，观察第二压力表测得浆液压力达到设计设计注浆压力后，当进行浆液-气驱替试验时，使气体经第二支管从石板的裂隙的出口通入石板的若干裂隙中；当进行浆液-水驱替试验时，使浆液经第五支管从石板的裂隙的出口通入石板的若干裂隙中，当浆液以恒定压力流入石板的若干裂隙时，摄像机实时拍摄浆液流动扩散进程，同时传感器监测流经浆液的动态压力、流速变化，并通过数据采集仪记录与保存，待浆液从石板的裂隙的出口流出时，流动扩散达到恒定状态，完成实验，用本实验系统模拟岩石内分别为气体或者液体时浆液的各项参数，实时获取浆液的迁移扩散方向及路径等多个信息，且可以直观地观测到浆液在裂隙内的流动和分布情况，试验操作简单，成本较低，具备很好的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的岩体裂隙注浆试验系统的整体结构示意图；
图2是本发明的供压装置的结构示意图；
图3是本发明的恒压注浆出浆装置的主视结构示意图；
图4是本发明的恒压注浆出浆装置的俯视结构示意图；
图5是本发明的裂隙模拟装置的俯视结构示意图；
图6是本发明的裂隙模拟装置的正视结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明的岩体裂隙注浆试验系统的整体结构示意图，如图1所示，本发明实施例公开的一种岩体裂隙注浆试验系统包括供压装置、恒压注浆出浆装置、裂隙模拟装置、摄像机22和数据采集仪20，摄像机22通过一个支架21固定支撑，摄像机22的摄像头对准裂隙模拟装置，用于拍摄浆液在裂隙内的流动和分布情况。
图2是本发明的供压装置的结构示意图，如图2所示，供压装置包括空压机1、第一压力表2A、第一支管5A和第二支管5B，第一压力表2A设置在空压机1的出气管道上，用于检测空压机1的压力，确保空压机1的压力能够准确到达所需要的压力。出气管道的出气端设置有一个分流阀3，通过分流阀3将空压机1输出的空气分成两股，具体的，第一支管5A和第二支管5B的一端均与出气管道的出气端相连通，一股空气通过第一支管5A输出，另一股空气通过第二支管5B输出，而第一支管5A的另一端与恒压注浆出浆装置相连通。第一支管5A和第二支管5B均为软管，其材质可以为橡胶。
图3是本发明的恒压注浆出浆装置的主视结构示意图，如图3所示，恒压注浆出浆装置包括上封板7A、下封板7B、盛浆管8、涡轮旋桨11、第二压力表2B、第三支管5C、第四支管5D和第五支管5E，上封板7A和下封板7B相对设置在盛浆管8的两端，用于将盛浆管8封闭，在盛浆管8内部形成一个容纳空间，该容纳空间用于盛放浆液。而第一支管5A的另一端与上封板7A相连通，使得空压机1中的气体能够进入上述的容纳空间。涡轮旋桨11固定设置在下封板7B上且位于盛浆管8内，涡轮旋桨11用于搅拌盛浆管8内的浆液，使浆液均匀。为了方便观察浆液，可以将盛浆管8设置为透明材料的，例如玻璃。而为了保证上封板7A和下封板7B的强度，又减轻其对玻璃的压力，避免玻璃破碎，上封板7A和下封板7B的材质可以为铝。
进一步的，第二压力表2B设置在第三支管5C上，第二压力表2B用于检测从恒压注浆出浆装置出来的浆液的压力，确保进入裂隙模拟装置的浆液的压力满足实验需求。第三支管5C的一端与下封板7B相连通，第三支管5C的另一端同样设置有一个分流阀3将第三支管5C中出来的浆液也分成两股，而第三支管5C的另一端与第四支管5D和第五支管5E的一端相连通，第四支管5D的另一端与裂隙模拟装置相连通，也就是说，一股浆液通过第四支管5D进入裂隙模拟装置进行实验。
图5是本发明的裂隙模拟装置的俯视结构示意图，图6是本发明的裂隙模拟装置的正视结构示意图，结合图5和图6所示，裂隙模拟装置包括石板16、上压板10A、下压板10B和传感器，石板16上设置有若干裂隙，上压板10A和下压板10B相对设置在石板16的两端，将石板16固定。为了方便观察石板内部裂隙的情况，上压板10A、下压板10B设置为透明材料的，例如玻璃。
进一步的，传感器设置在裂隙内部，传感器包括压力传感器18和流速传感器19，压力传感器18和流速传感器19均设置有多个。一个压力传感器18和一个流速传感器19可以同时布置在裂隙的同一处，也可以分开布置，在本实施例中，两者分别设置有5个，需要理解的是，其实际数量可以根据需要设置。传感器和摄像机22均与数据采集仪20电连接，数据采集仪20将数据记录与保存。
进一步的，第四支管5D的另一端与石板16的裂隙的入口相连通，石板16的裂隙的出口可操作性地与第二支管5B的另一端或第五支管5E的另一端相连通。具体来说，当需要进行浆液-气驱替试验时，使气体经第二支管5B从石板16的裂隙的出口通入石板的若干裂隙中；当进行浆液-水驱替试验时，使浆液经第五支管5E从石板16的裂隙的出口通入石板16的若干裂隙中。也就是说，根据实验的需要，可以人为的将第二支管5B或第五支管5E与石板16的裂隙的出口对接。
图4是本发明的恒压注浆出浆装置的俯视结构示意图，结合图3和图4所示，恒压注浆出浆装置还包括第一支架12A、防护围板14和多个滑轮13，第一支架12A为不锈钢架，材质可以为Q235。而下封板7B固定设置在第一支架12A上，上封板7A、下封板7B和盛浆管8均设置在防护围板14内部，具体来说，防护围板14包括第一栏板、第二栏板和第三栏板，第一栏板和第三栏板相对布置，且第一栏板和第三栏板的端部通过第二栏板连接，上封板7A、下封板7B和盛浆管8设置在第一栏板和第三栏板之间。为了方便观察，防护围板14设置为透明材料的，例如玻璃。
进一步的，恒压注浆出浆装置还包括多个紧固螺栓9，多个紧固螺栓9围绕盛浆管8布置，且多个紧固螺栓9的两端分别与上封板7A和下封板7B螺纹连接。调整螺纹的松紧可以调整上封板7A和下封板7B之间的距离，从而调整两者对盛浆管8的夹紧力，保证容纳空间的密封性。
更进一步的，多个滑轮13均设置在第一支架12A的底部，方便恒压注浆出浆装置的移动。
更进一步的，恒压注浆出浆装置还包括插头15，插头15通过电线与涡轮旋桨11连接，通过插头15接通电源为涡轮旋桨11供电，使涡轮旋桨11运动。当然也可以设置移动电源与涡轮旋桨11相连接，通过开关控制涡轮旋桨11的启动与停止。
再结合图5和图6所示，裂隙模拟装置还包括第二支架12B、多个定位螺栓17和多个滑轮13，下压板10B设置在第二支架12B上，多个定位螺栓17穿过第二支架12B、下压板10B、石板16和上压板10A后通过两端的螺母锁紧，保证注浆过程中，浆液不从下压板10B、石板16和上压板10A之间的缝隙溢出，而多个滑轮13均设置在第二支架12B的底部，方便裂隙模拟装置的移动。
进一步的，第一支管5A的另一端与上封板7A的连接处、第三支管5C的一端与下封板7B的连接处、石板16的裂隙的入口处和石板16的裂隙的出口处均设置有一个连接头6，通过连接头6，可以实现支管的快速连接，同时也方便本岩体裂隙注浆试验系统拆卸与运输。
更进一步的，第一支管5A、第二支管5B、第四支管5D和第五支管5E上均设置有一个限压阀4，通过限压阀4确保流经各个支管的气体或液体的压力稳定，保证实验结果的准确性。
下面对具体的实验过程进行详细的描述：
首先在模拟注浆试验之前，根据试验设计，预先调整石板16内各裂隙开度使之满足试验设计，将压力传感器18、流速传感器19分别布设在关键位置处，传感器引线分别与数据采集仪20接线处连接，以便监测并记录裂隙网络内不同位置处的瞬时压力、流速；调整支架21的位置与高度，使摄像机22全面拍摄到石板16内部的裂隙网络；采用玻璃胶等粘合剂将引线所在的裂隙处密封。
接着，通过上压板10A、下压板10B上所开孔，采用定位螺栓17穿过该孔，然后用螺母拧紧，使得石板16构成的裂隙网络成为具有密闭性的整体。再根据预先设计，按一定的水灰配合比调制浆液，将调制的浆液注入盛浆管8内，通过紧固位于上封板7A和下封板7B之间的紧固螺栓9，使上封板7A和下封板7B将盛浆管8形成密闭的整体，接通电源使涡轮旋浆11转动搅拌浆液，以防时间较长，浆液沉淀。
接着，在保证.空压机1机体压力上升至注浆压力以上后，关闭空压机1，设定第一支管5A上的限压阀4的压力为注浆压力，打开第一支管5A上的限压阀4的阀门，使气体充填盛有浆液的盛浆管8，观察第二压力表2B，达到设计注浆压力后关闭第一支管5A上的限压阀4。
若进行浆液-气驱替试验时，设定第二支管5B上的限压阀4的压力为裂隙气压力，该压力远小于注浆压力，使气体经第二支管5B从石板16的裂隙的出口通入石板的若干裂隙中。
若进行浆液-水驱替试验时，设定第五支管5E上的限压阀4的压力为裂隙水压力，该压力远小于注浆压力，使浆液经第五支管5E从石板16的裂隙的出口通入石板16的若干裂隙中。
随后开启摄像机22进行拍摄，打开第四支管5D上的限压阀4，使浆液以恒定压力经接头6流入石板16构成的裂隙网络中，摄像机22实时拍摄浆液流动扩散进程，同时压力传感器18、流速传感器19监测流经浆液的动态压力、流速变化，并通过数据采集仪20记录与保存，待浆液从裂隙出口流出时，流动扩散达到恒定状态，预示试验完毕。
最后，可以根据试验设计，调整浆液配合比、注浆压力、裂隙开度、裂隙倾角等参数，按上述操作，重新进行注浆试验。
本说明书的实施例提供了一种岩体裂隙注浆试验系统，通过第一压力表测得空压机的压力上升至注浆压力以上后，使带有压力的气体通过支管充填至盛有浆液的盛浆管，观察第二压力表测得浆液压力达到设计设计注浆压力后，当进行浆液-气驱替试验时，使气体经第二支管从石板的裂隙的出口通入石板的若干裂隙中；当进行浆液-水驱替试验时，使浆液经第五支管从石板的裂隙的出口通入石板的若干裂隙中，当浆液以恒定压力流入石板的若干裂隙时，摄像机实时拍摄浆液流动扩散进程，同时传感器监测流经浆液的动态压力、流速变化，并通过数据采集仪记录与保存，待浆液从石板的裂隙的出口流出时，流动扩散达到恒定状态，完成实验，用本实验系统模拟岩石内分别为气体或者液体时浆液的各项参数，实时获取浆液的迁移扩散方向及路径等多个信息，且可以直观地观测到浆液在裂隙内的流动和分布情况，试验操作简单，成本较低，具备很好的实用性。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出至少两个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种岩体裂隙注浆试验系统，其特征在于，包括供压装置、恒压注浆出浆装置、裂隙模拟装置、摄像机(22)和数据采集仪(20)，其中：
所述供压装置包括空压机(1)、第一压力表(2A)、第一支管(5A)和第二支管(5B)，所述第一压力表(2A)设置在所述空压机(1)的出气管道上，所述第一支管(5A)和所述第二支管(5B)的一端均与所述出气管道的出气端相连通，所述第一支管(5A)的另一端与所述恒压注浆出浆装置相连通；
所述恒压注浆出浆装置包括上封板(7A)、下封板(7B)、盛浆管(8)、涡轮旋桨(11)、第二压力表(2B)、第三支管(5C)、第四支管(5D)和第五支管(5E)，所述上封板(7A)和所述下封板(7B)相对设置在所述盛浆管(8)的两端，所述第一支管(5A)的另一端与所述上封板(7A)相连通，所述涡轮旋桨(11)固定设置在所述下封板(7B)上且位于所述盛浆管(8)内，所述第二压力表(2B)设置在所述第三支管(5C)上，所述第三支管(5C)的一端与所述下封板(7B)相连通，所述第三支管(5C)的另一端与所述第四支管(5D)和所述第五支管(5E)的一端相连通，所述第四支管(5D)的另一端与所述裂隙模拟装置相连通；
所述裂隙模拟装置包括石板(16)、上压板(10A)、下压板(10B)和传感器，所述石板(16)上设置有若干裂隙，所述上压板(10A)和所述下压板(10B)相对设置在所述石板(16)的两端，所述第四支管(5D)的另一端与所述石板(16)的裂隙的入口相连通，所述石板(16)的裂隙的出口可操作性地与所述第二支管(5B)的另一端或所述第五支管(5E)的另一端相连通；
所述传感器设置在所述裂隙内部，所述摄像机(22)用于拍摄所述裂隙内部的浆液，所述传感器和所述摄像机(22)均与所述数据采集仪(20)电连接。
2.根据权利要求1所述的岩体裂隙注浆试验系统，其特征在于，所述恒压注浆出浆装置还包括第一支架(12A)、防护围板(14)和多个滑轮(13)，所述下封板(7B)固定设置在所述第一支架(12A)上，所述上封板(7A)、所述下封板(7B)和盛浆管(8)均设置在所述防护围板(14)内部，所述多个所述滑轮(13)均设置在所述第一支架(12A)的底部。
3.根据权利要求2所述的岩体裂隙注浆试验系统，其特征在于，所述恒压注浆出浆装置还包括多个紧固螺栓(9)，多个所述紧固螺栓(9)围绕盛浆管(8)布置，且所述多个所述紧固螺栓(9)的两端分别与所述上封板(7A)和所述下封板(7B)螺纹连接。
4.根据权利要求2所述的岩体裂隙注浆试验系统，其特征在于，所述恒压注浆出浆装置还包括插头(15)，所述插头(15)通过电线与所述涡轮旋桨(11)连接。
5.根据权利要求2所述的岩体裂隙注浆试验系统，其特征在于，所述防护围板(14)包括第一栏板、第二栏板和第三栏板，所述第一栏板和所述第三栏板相对布置，且所述第一栏板和所述第三栏板的端部通过所述第二栏板连接，所述上封板(7A)、所述下封板(7B)和所述盛浆管(8)设置在所述第一栏板和所述第三栏板之间。
6.根据权利要求1所述的岩体裂隙注浆试验系统，其特征在于，所述裂隙模拟装置还包括第二支架(12B)、多个定位螺栓(17)和多个滑轮(13)，所述下压板(10B)设置在所述第二支架(12B)上，多个所述定位螺栓(17)穿过所述第二支架(12B)、所述下压板(10B)、所述石板(16)和所述上压板(10A)后通过两端的螺母锁紧，多个所述滑轮(13)均设置在所述第二支架(12B)的底部。
7.根据权利要求1-6任一项所述的岩体裂隙注浆试验系统，其特征在于，所述传感器包括压力传感器(18)和流速传感器(19)，所述压力传感器(18)和所述流速传感器(19)均设置有多个。
8.根据权利要求1-6任一项所述的岩体裂隙注浆试验系统，其特征在于，所述出气管道的出气端和所述第三支管(5C)的另一端均设置有一个分流阀(3)，所述第一支管(5A)、所述第二支管(5B)、所述第四支管(5D)和所述第五支管(5E)分别与相应的所述分流阀(3)相连通。
9.根据权利要求1-6任一项所述的岩体裂隙注浆试验系统，其特征在于，所述第一支管(5A)的另一端与所述上封板(7A)的连接处、所述第三支管(5C)的一端与所述下封板(7B)的连接处、所述石板(16)的裂隙的入口处和所述石板(16)的裂隙的出口处均设置有一个连接头(6)。
10.根据权利要求1-6任一项所述的岩体裂隙注浆试验系统，其特征在于，所述第一支管(5A)、所述第二支管(5B)、所述第四支管(5D)和所述第五支管(5E)上均设置有一个限压阀(4)。
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