CN110618250A - 一种均匀加载条件下注浆加固材料成型装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种均匀加载条件下注浆加固材料成型装置及方法，装置包括储液容器，平流泵，试模，高压罐，高压气瓶，压力表和四通管件；利用试模把浆液封闭起来，进而通过水压对浆液施加压力，模拟浆液在破碎岩体中的受力状态，从而制备符合实际条件的试样，进而可以真实有效地检验注浆材料的性能。另一方面，在水压作用下，橡胶发生压缩变形，当水压撤掉后，橡胶发生膨胀变形，试样与橡胶管分离，有利于脱模；同时，试模内置钢圈，第一钢圈内径大，对应内部橡胶管厚度大，在浆液挤压下，橡胶管发生的变形大，形成的试样直径大，反之，第二钢圈一端试样直径小，从而形成的试样一端大、一端小，进一步有利于试样脱模。

Description

一种均匀加载条件下注浆加固材料成型装置及方法

技术领域

本发明属于注浆材料性能测试技术领域，尤其是一种均匀加载条件下注浆加固材料成型装置及方法。

背景技术

破碎岩体是地下工程建设中常见的不良地质条件，破碎岩体具有强度低、胶结力差、受力变形不协调等特点，时常诱发冒顶塌方、结构大变形及突涌水等灾害。据统计，在地下工程（非矿山领域）修建过程中，因围岩破碎软弱导致的垮落、塌方及大变形分别占各领域安全事故的30~50%；在矿山工程领域中，因顶板围岩破碎软弱，导致冒落、塌方等事故的数量排在矿山安全事故首位，所造成的人员伤亡占34%。在治理破碎岩体方面，注浆法得到了广泛应用。通过注浆可以提高破碎岩体的胶结强度，降低空隙率，增强结构面抗滑、抗剪能力，改善破碎岩体力学性质与整体稳定性。

在注浆法中，注浆材料性质是非常关键的要素，它的优劣决定了注浆效果的好坏。以往测试注浆材料性能时，试件通常是在开放空间内形成的，即材料浆液在凝固过程中没有受到外界的约束作用。这就与工程实际有所偏离，在工程现场中，浆液是在高压作用下沿着破碎岩体缝隙进入岩体内部，受到岩体的约束而保持高压，这样就有别于开放空间内试件的力学性能。

发明内容

针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种结构简单、可模拟工程实际的约束条件并制备实验试样的均匀加载条件下注浆加固材料成型装置及方法。

为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：

一种均匀加载条件下注浆加固材料成型装置，其包括

储液容器，用于提供均匀加载所需的液体；

平流泵，其进口与储液容器通过进液管连接；

试模，用于容置待成型的加固浆液；

高压罐，其上部为可启闭结构且用于容置试模；

高压气瓶，输出高压气体且用于提供均匀加载所需的压力；

压力表，用于探测高压罐的压力；

四通管件，具有四个接口且分别与高压罐、高压气瓶的出气端、压力表的探测端和平流泵的出口连接，其中，平流泵的出口与四通管件之间通过出液管连接且出液管上设有第一阀门，高压气瓶与四通管件之间通过高压气管连接且高压气管上分别设有减压阀和第二阀门。

进一步，所述的减压阀设于第二阀门与高压气瓶之间。

进一步，所述的高压罐包括罐体和上盖；所述的罐体为上端敞开的筒状结构，其上端面边缘沿远离罐体中心方向水平延伸有水平延伸部，所述的上盖盖设于罐体上端面且通过螺栓与罐体的上端面的水平延伸部可拆卸固定连接，所述的上盖上还设有与四通管件连接的通孔，该通孔可以为内螺纹通孔，四通管件上对应连接的接口设为外螺纹接口，该罐体的直径、高度为试模直径、高度的1.2～1.6倍。

优选的，所述的高压罐还包括第一密封圈，所述的第一密封圈设于罐体与上盖贴合的端面之间。

进一步，所述的试模包括橡胶管和试模盖，所述橡胶管的两端为敞开结构，所述的试模盖为一对且一一对应可拆卸插接固定在橡胶管的两端，且橡胶管内形成用于容置待成型的加固浆液的容置区，其中，试模盖设有内螺纹，通过螺纹与橡胶管连接；橡胶管设有外螺纹，端面设有密封槽，其内径比实验设计试样直径大2～5mm，两端外径比中间段大。

优选的，所述的试模还包括第一钢圈和第二钢圈，其中，第一钢圈一体成型于橡胶管的其中一端，第二钢圈一体成型于橡胶管的另一端，且第一钢圈的外径大于第二钢圈，第一钢圈和第二钢圈的外径均小于橡胶管的外径且大于橡胶管的内径，该第一钢圈和第二钢圈的内部呈锥台型。

优选的，所述的试模还包括一对第二密封圈，所述的一对第二密封圈分别设于一对试模盖与橡胶管端部贴合的端面之间。

进一步，所述的储液容器内容置的液体为水。

一种均匀加载条件下注浆加固材料成型装置的使用方法，其包括如下步骤：

（1）设备安装：首先通过四通管件将压力表与高压罐相连，再通过高压气管将第二阀门、减压阀和高压气瓶依次连接到高压罐上连接的四通管件，最后分别通过进液管和出液管将第一阀门、平流泵、储液容器连接到高压罐上连接的四通管件，并保证第一阀门和第二阀门处于关闭状态；

（2）检查高压罐气密性：首先将试模充满加固浆液，并将试模密封，再放入高压罐内，将高压罐密封；然后依次打开高压气瓶阀门、减压阀、第二阀门，将高压气充入高压罐，保证气体压力高于实验设计压力；然后再将第二阀门关闭，保持24小时后，若压力表示数无变化或变化范围位于预设误差内，则说明高压罐的密封性良好，如果压力表示数恢复到0，则对高压罐进行重新组装，直至高压罐达到良好的密封性；

（3）检查试模的密封性：首先打开第二阀门将高压罐泄压，再打开高压罐，观察试模是否有浆液渗出，如果没有浆液渗出，说明试模的密封性良好，可以进行下一步实验；如果有浆液渗出，则对试模进行再次组装，并重复步骤（2），直至高压罐、试模同时达到良好的密封性；

（4）制样过程：首先将高压罐内充满水，以保证水将试模淹没，同时在储液容器内加一定量的水；再将高压罐密封，打开第一阀门，然后打开平流泵，直至高压罐内的水压达到实验设计值，关闭第一阀门，静置养护处理24个小时；

（5）脱模：养护时间到后，打开第一阀门将高压罐内的水排出，打开上盖，将试模取出，然后利用脱模机将试样取出；

（6）试样养护：将取出的试样放入恒温箱内进行再次养护，待养护时间达到预设时间后，取出试样并对试样进行性能测试；

（7）清理工作：试验结束后，关闭阀门，清洗试模壁面残留的浆液固体。

采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本方案利用试模把浆液封闭起来，进而通过水压对浆液施加压力，模拟浆液在破碎岩体中的受力状态，从而制备符合实际条件的试样，进而可以真实有效地检验注浆材料的性能。另一方面，在水压作用下，橡胶发生压缩变形，当水压撤掉后，橡胶发生膨胀变形，试样与橡胶管分离，有利于脱模；同时，试模内置钢圈，第一钢圈内径大，对应内部橡胶管厚度大，在浆液挤压下，橡胶管发生的变形大，形成的试样直径大，反之，第二钢圈一端试样直径小，从而形成的试样一端大、一端小，进一步有利于试样脱模。

附图说明

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明方案做进一步的阐述：

图1为本发明方案的简要实施示意图；

图2为本发明方案的高压罐的简要结构示意图；

图3为本发明方案的试模的简要结构示意图；

图4为本发明方案的试模拆去试模盖的简要结构示意图；

图5为本发明方案的第一钢圈和第二钢圈的简要结构示意图。

具体实施方式

如图1至5之一所示，本发明装置，其包括

储液容器2，用于提供均匀加载所需的液体1；进一步，作为选优之一，所述的储液容器2内容置的液体1为水；

平流泵4，其进口与储液容器2通过进液管3连接；

试模10，用于容置待成型的加固浆液11；

高压罐9，其上部为可启闭结构且用于容置试模10；

高压气瓶15，输出高压气体且用于提供均匀加载所需的压力；

压力表7，用于探测高压罐9的压力；

四通管件8，具有四个接口且分别与高压罐9、高压气瓶15的出气端、压力表7的探测端和平流泵4的出口连接，其中，平流泵4的出口与四通管件8之间通过出液管5连接且出液管5上设有第一阀门6，高压气瓶15与四通管件8之间通过高压气管13连接且高压气管13上分别设有减压阀14和第二阀门12。

其中，所述的减压阀14设于第二阀门12与高压气瓶15之间；

进一步，所述的高压罐9包括罐体94和上盖92；所述的罐体94为上端敞开的筒状结构，其上端面边缘沿远离罐体94中心方向水平延伸有水平延伸部941，所述的上盖92盖设于罐体94上端面且通过螺栓91与罐体94的上端面的水平延伸部941可拆卸固定连接，所述的上盖92上还设有与四通管件8连接的通孔95，该通孔95可以为内螺纹通孔，四通管件8上对应连接的接口设为外螺纹接口，其中，作为优选实施之一，该罐体94的直径、高度为试模10直径、高度的1.2～1.6倍；优选的，所述的高压罐9还包括第一密封圈93，所述的第一密封圈93设于罐体94与上盖92贴合的端面之间。

另外，所述的试模10包括橡胶管103和试模盖101，所述橡胶管103的两端为敞开结构，所述的试模盖101为一对且一一对应可拆卸插接固定在橡胶管103的两端，且橡胶管103内形成用于容置待成型的加固浆液11的容置区，其中，作为优选实施之一，试模盖101设有内螺纹，通过螺纹与橡胶管103连接；橡胶管103设有外螺纹，端面设有密封槽，其内径比实验设计试样直径大2～5mm，两端外径比中间段大；优选的，所述的试模还包括第一钢圈1031和第二钢圈1032，其中，第一钢圈1031一体成型于橡胶管103的其中一端，第二钢圈1032一体成型于橡胶管103的另一端，且第一钢圈1031的外径大于第二钢圈1032，第一钢圈1031和第二钢圈1032的外径均小于橡胶管103的外径且大于橡胶管103的内径，该第一钢圈1031和第二钢圈1032的内部呈锥台型；优选的，所述的试模10还包括一对第二密封圈102，所述的一对第二密封圈102分别设于一对试模盖101与橡胶管103端部贴合的端面之间。

采用上述的技术方案，本发明方案的实施方法如下：

一种均匀加载条件下注浆加固材料成型装置的使用方法，其包括如下步骤：

（1）设备安装：首先通过四通管件8将压力表7与高压罐9相连，再通过高压气管13将第二阀门12、减压阀14和高压气瓶15依次连接到高压罐9上连接的四通管件8，最后分别通过进液管3和出液管5将第一阀门6、平流泵4、储液容器2连接到高压罐9上连接的四通管件8，并保证第一阀门6和第二阀门12处于关闭状态；

（2）检查高压罐9气密性：首先将试模10充满加固浆液，并将试模10密封，再放入高压罐9内，将高压罐9密封；然后依次打开高压气瓶阀门、减压阀14、第二阀门12，将高压气充入高压罐9，保证气体压力高于实验设计压力；然后再将第二阀门12关闭，保持24小时后，若压力表7示数无变化或变化范围位于预设误差内，则说明高压罐9的密封性良好，如果压力表7示数恢复到0，则对高压罐9进行重新组装，直至高压罐9达到良好的密封性；

（3）检查试模10的密封性：首先打开第二阀门12将高压罐9泄压，再打开高压罐9，观察试模10是否有浆液渗出，如果没有浆液渗出，说明试模10的密封性良好，可以进行下一步实验；如果有浆液渗出，则对试模10进行再次组装，并重复步骤（2），直至高压罐9、试模10同时达到良好的密封性；

（4）制样过程：首先将高压罐9内充满水，以保证水将试模10淹没，同时在储液容器2内加一定量的水；再将高压罐9密封，打开第一阀门6，然后打开平流泵4，直至高压罐9内的水压达到实验设计值，关闭第一阀门6，静置养护处理24个小时；

（5）脱模：养护时间到后，打开第一阀门6将高压罐9内的水排出，打开上盖92，将试模10取出，然后利用脱模机将试样取出；

（6）试样养护：将取出的试样放入恒温箱内进行再次养护，待养护时间达到预设时间后，取出试样并对试样进行性能测试；

（7）清理工作：试验结束后，关闭阀门，清洗试模壁面残留的浆液固体。

以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对此实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种均匀加载条件下注浆加固材料成型装置，其特征在于：其包括

储液容器，用于提供均匀加载所需的液体；

平流泵，其进口与储液容器通过进液管连接；

试模，用于容置待成型的加固浆液；

高压罐，其上部为可启闭结构且用于容置试模；

高压气瓶，输出高压气体且用于提供均匀加载所需的压力；

压力表，用于探测高压罐的压力；

四通管件，具有四个接口且分别与高压罐、高压气瓶的出气端、压力表的探测端和平流泵的出口连接，其中，平流泵的出口与四通管件之间通过出液管连接且出液管上设有第一阀门，高压气瓶与四通管件之间通过高压气管连接且高压气管上分别设有减压阀和第二阀门。

2.根据权利要求1所述的一种均匀加载条件下注浆加固材料成型装置，其特征在于：所述的减压阀设于第二阀门与高压气瓶之间。

3.根据权利要求1所述的一种均匀加载条件下注浆加固材料成型装置，其特征在于：所述的高压罐包括罐体和上盖；所述的罐体为上端敞开的筒状结构，其上端面边缘沿远离罐体中心方向水平延伸有水平延伸部，所述的上盖盖设于罐体上端面且通过螺栓与罐体的上端面的水平延伸部可拆卸固定连接，所述的上盖上还设有与四通管件连接的通孔。

4.根据权利要求3所述的一种均匀加载条件下注浆加固材料成型装置，其特征在于：所述的高压罐还包括第一密封圈，所述的第一密封圈设于罐体与上盖贴合的端面之间。

5.根据权利要求1所述的一种均匀加载条件下注浆加固材料成型装置，其特征在于：所述的试模包括橡胶管和试模盖，所述橡胶管的两端为敞开结构，所述的试模盖为一对且一一对应可拆卸插接固定在橡胶管的两端，且橡胶管内形成用于容置待成型的加固浆液的容置区。

6.根据权利要求5所述的一种均匀加载条件下注浆加固材料成型装置，其特征在于：所述的试模还包括第一钢圈和第二钢圈，其中，第一钢圈一体成型于橡胶管的其中一端，第二钢圈一体成型于橡胶管的另一端，且第一钢圈的外径大于第二钢圈，第一钢圈和第二钢圈的外径均小于橡胶管的外径且大于橡胶管的内径。

7.根据权利要求5所述的一种均匀加载条件下注浆加固材料成型装置，其特征在于：所述的试模还包括一对第二密封圈，所述的一对第二密封圈分别设于一对试模盖与橡胶管端部贴合的端面之间。

8.根据权利要求1所述的一种均匀加载条件下注浆加固材料成型装置，其特征在于：所述的储液容器内容置的液体为水。

9.根据权利要求1至8之一所述的一种均匀加载条件下注浆加固材料成型装置的使用方法，其特征在于：其包括如下步骤：

（1）设备安装：首先通过四通管件将压力表与高压罐相连，再通过高压气管将第二阀门、减压阀和高压气瓶依次连接到高压罐上连接的四通管件，最后分别通过进液管和出液管将第一阀门、平流泵、储液容器连接到高压罐上连接的四通管件，并保证第一阀门和第二阀门处于关闭状态；

（2）检查高压罐气密性：首先将试模充满加固浆液，并将试模密封，再放入高压罐内，将高压罐密封；然后依次打开高压气瓶阀门、减压阀、第二阀门，将高压气充入高压罐，保证气体压力高于实验设计压力；然后再将第二阀门关闭，保持24小时后，若压力表示数无变化或变化范围位于预设误差内，则说明高压罐的密封性良好，如果压力表示数恢复到0，则对高压罐进行重新组装，直至高压罐达到良好的密封性；

（3）检查试模的密封性：首先打开第二阀门将高压罐泄压，再打开高压罐，观察试模是否有浆液渗出，如果没有浆液渗出，说明试模的密封性良好，可以进行下一步实验；如果有浆液渗出，则对试模进行再次组装，并重复步骤（2），直至高压罐、试模同时达到良好的密封性；

（4）制样过程：首先将高压罐内充满水，以保证水将试模淹没，同时在储液容器内加一定量的水；再将高压罐密封，打开第一阀门，然后打开平流泵，直至高压罐内的水压达到实验设计值，关闭第一阀门，静置养护处理24个小时；

（5）脱模：养护时间到后，打开第一阀门将罐内的水排出，打开上盖，将试模取出，然后利用脱模机将试样取出；

（6）试样养护：将取出的试样放入恒温箱内进行再次养护，待养护时间达到预设时间后，取出试样并对试样进行性能测试；

（7）清理工作：试验结束后，关闭阀门，清洗试模壁面残留的浆液固体。