CN110823672B - 一种富水软弱围岩劈裂型注浆加固体试件制作模具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富水软弱围岩劈裂型注浆加固体试件制作模具及方法，包括顶板、底板、柱形筒体、树脂模板、浆脉边框；顶板、底板的边缘预留有螺栓孔，顶板通过螺栓与柱形筒体的顶部连接，底板通过螺栓与柱形筒体的底部连接；筒体由左、右两部分拼接而成；树脂模板与浆脉边框组合用于制作浆脉；所述树脂模板的形状与实际浆脉的形状相同；所述的浆脉边框的角度和厚度与实际浆脉的角度和厚度相等。

Description

一种富水软弱围岩劈裂型注浆加固体试件制作模具及方法

技术领域

本发明涉及隧道与地下工程富水软弱围岩注浆加固理论与技术研究领域，具体地说是一种富水软弱围岩劈裂型注浆加固体试件制作模具及操作方法。

背景技术

隧道与地下工程建设经常遭遇富水软弱地层，极易发生突水突泥、塌方等重大地质灾害。工程上通常采用注浆法对富水软弱地层进行处治，提升围岩的力学性能和抗渗性，确保工程施工与长期运营安全。浆液在一定压力作用下注入地层后，以渗透、挤密、劈裂等方式加固围岩，形成不同类型的注浆加固体。其中，劈裂型加固体在富水软弱地层注浆工程中极为常见，其错综复杂的浆脉可为软弱围岩提供有效的骨架支撑作用。

注浆加固体的物理力学特性是影响地下工程安全稳定的关键因素，也是开展注浆加固机理研究与加固效果评价所重点关注的内容。在实际工程中，注浆加固体深埋地下，难以直接进行评价。因此，室内模拟试验及相关物理力学参数测试成为研究注浆加固体物理力学特性的重要手段。在不同类型的注浆加固体中，劈裂型加固体由于浆脉空间分布复杂、各向异性严重，导致其物理力学特性存在显著的差异性和多变性，而相关试验技术与研究尚不充分。

劈裂型注浆加固体内含浆脉的粗糙度、角度及厚度等因素均对其宏观物理力学特性产生重要影响。在试验研究中，亟需一种针对富水软弱围岩劈裂型注浆加固体的标准试件制作模具，通过改变浆脉粗糙度、角度及厚度，制备不同工况试件并进行测试，从而获得上述因素对劈裂型加固体宏观性能的影响规律，对于注浆加固机理研究与加固效果评价具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为满足上述需要，提供一种富水软弱围岩劈裂型注浆加固体试件制作模具及操作方法。本模具通过改变浆脉粗糙度、角度以及厚度并预制相应试件进行后续试验，有助于量化分析上述各影响因素对注浆加固体物理力学特性的影响规律，为注浆加固机理研究和加固效果评价奠定基础。

为了达成上述目的,本发明采用如下技术方案

本发明涉及一种富水软弱围岩劈裂型注浆加固体试件制作模具，该模具包括:顶板、底板、柱形筒体、树脂模板、浆脉边框；

所述顶板、底板的边缘预留有螺栓孔，顶板通过螺栓与柱形筒体的顶部连接，底板通过螺栓与柱形筒体的底部连接；

所述筒体由左、右两部分拼接而成；

所述树脂模板由实际浆脉拓印得到；所述的浆脉边框的角度和厚度与实际浆脉的角度和厚度相等；所述树脂模板与浆脉边框组合用于制作浆脉；所述的浆脉在制作试样时，放置在所述的筒体内，将筒体内部分成两部分，与筒体一起制作试件。

作为进一步的技术方案，所述底板和顶板的中部有圆形凸起，在柱形筒体的底部和顶部预留有圆形凹槽，所述的圆形凸起的直径和高度与圆形凹槽的一致，所述的圆形凸起插装在圆形凹槽内。

作为进一步的技术方案，所述筒体内径与所制作试样一致，筒体高度比预制试件上下高出一部分形成所述的圆形凹槽。

作为进一步的技术方案，在所述的筒体顶部和底部设置有与其一体成型的法兰盘，在所述的法兰盘上螺栓孔，所述的螺栓孔与螺栓配合实现柱形筒体与顶板、底板的连接。

作为进一步的技术方案，所述树脂模板是根据实际浆脉形状拓印得到，所述的模板分为上模板和下模板。

作为进一步的技术方案，所述浆脉边框根据所需预制浆脉角度和厚度用线性切割的方法在内径和高度与试件一致的全封闭空心塑料圆柱体上切割而出，边框一侧预留有注浆孔。

基于上面所述的模具，本发明还提供了一种利用富水软弱围岩劈裂型注浆加固体试件制作模具制作试件的方法，步骤如下:

A、用树脂拓印浆脉，制作树脂模板，将浆脉边框置于下侧树脂模板上，注意将浆脉边框与树脂模板结合处打磨平整，中间垫有密封胶圈以便浆脉边框与树脂模板紧密贴合，将上侧模板同样处理好置于浆脉边框上侧，上、下树脂模板内侧跟浆脉边框内侧均涂抹润滑油方便后期脱模，利用浆脉边框预留注浆孔进行注浆；注浆结束后按照标准养护后脱模得到浆脉；

B、将筒体组装好，并与底板螺栓连接，将制作好的浆脉按照特定角度放置于筒体中，浆脉将筒体分为两部分；

C、利用排水法得出两部分的体积，根据劈裂型注浆加固体原型内的土体密度，计算并称取相应质量的软弱土体，分别填充到筒体中压实；此时将顶板与筒体连接，轻敲顶板和底板，确保桶内土体均匀受压密实；

D、将模具水平静置，在顶板上放置一定重物压实，养护某一特定时间后即可拆模，取得试样。

作为进一步的技术方案：填土前需要在筒体内壁涂抹润滑油，填土时可分段压实，保证每段密实度一致。

作为进一步的技术方案：在上侧树脂模板上开一个小口用于判断注浆进度，当发现有浆液流出时即停止注浆，注浆结束后及时封闭注浆孔。

作为进一步的技术方案：将模具清洗干净即可进行下一试件制作，可重复制作劈裂型注浆加固体试件，浆脉表面粗糙度可根据JRC确定，若需制作其他角度浆脉试件，只需根据角度与厚度再制作一批浆脉边框，保证浆脉能与筒体内壁贴合即可。

本发明的有益效果是：

1.利用本模具可较为便利地制作富水软弱围岩劈裂型注浆加固体试件，可根据需要改变试件内部浆脉的粗糙度、角度及厚度，有助于研究劈裂型加固体的物理力学特性及其影响因素。

2.所制作试件均为标准试件，脱模后即可进行后续物理力学参数测试。

3.模具可重复使用，操作流程简单，节约成本与时间。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1、图2是本发明的结构示意图；

图3是浆脉成型时的状态图；

图4是本发明中顶板的结构示意图；

图5是本发明中筒体顶座的结构示意图；

图6是本发明中底板的结构示意图；

图7是本发明中筒体底座的结构示意图；

图8、图9、图10、图11、图12是本发明中浆脉边框和树脂模板的结构示意图；

图13、图14、图15是本发明中筒体的结构示意图；

其中,1.底板；2.螺栓孔；3.螺栓；4.筒体；5.顶板；6.注浆孔；7树脂模板；8.浆脉边框。

4-1.左半筒体,4-2.右板筒体，7-1.第一树脂模板,7-2第二树脂模板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种富水软弱围岩劈裂型注浆加固体试件制作模具及方法，因此需要提出一种模具和方法，能够改变浆脉的粗糙度、角度以及形状并预制出大量重复试件进行后续试验，研究各种因素对加固体性能的影响对加固体性能的影响，通过总结分析将各种影响因素进行量化并形成相应公式，对实际注浆工程进行快速准确评价。

实施例：

富水软弱围岩劈裂型注浆加固体试件制作模具,其结构如图1-图7所示,包括顶板、螺栓、筒体、底板、树脂模板和浆脉边框等。

筒体4包括左半筒体4-1和右半筒体4-2，所述的左半筒体4-1和右半筒体4-2组合在一起形成圆柱形筒体结构，且在左半筒体4-1、右半筒体4-2顶部和底部设有与其一体成型的半法兰盘，左半筒体4-1、右半筒体4-2组合在一起后形成整体的圆形法兰盘；在所述的法兰盘上设有螺纹孔；且筒体顶部设有向下凹陷的环状凹槽，在筒体底部设有向上凹陷的环状凹槽；筒体内径与所制作试样一致，筒体高度比预制试件上下高出一部分形成凹槽。

顶板5为一个圆盘形状，在顶板的外圈设有一圈螺纹孔，在顶板底部设有环状凸起；该环状凸起与筒体顶部的环状凹槽配合，凸起插装在该凹槽内。

底板1为一个圆盘形状，在底板1的外圈设有一圈螺纹孔，在底板底部设有环状凸起；该环状凸起与筒体底部的环状凹槽配合，凸起插装在该凹槽内。

底板1通过螺栓3与筒体4底部连接，所述筒体4通过螺栓与顶板5顶部连接。

树脂模板包括第一树脂模板7-1和第二树脂模板7-2；第一树脂模板7-1和第二树脂模板7-2的形状与实际浆脉的形状相同，具体的制作方法是将模拟试验得到的加固体冲刷干净得到原始浆脉(亦可根据JRC自行制作不同摩擦系数的浆脉)，利用树脂材料拓印浆脉得到有含有浆脉形状的树脂模板7-1和树脂模板7-2。

浆脉边框8的角度和厚度与实际浆脉的角度和厚度相等，所述浆脉边框根据所需预制浆脉角度和厚度用线性切割的方法在内径和高度与试件一致的全封闭空心塑料圆柱体上切割而出，在边框一侧预留有注浆孔，所述注浆孔6位于浆脉边框8上，所述树脂模板7与浆脉边框8组合成浆脉模具用于制作浆脉。

参考图和图所示,利用本模具的注浆方法如下

A.模具组装

将左半筒体4-1和右半筒体4-2拼装成筒体；将底板1和筒体4边缘的六个螺栓孔2用螺栓3连接，待填土完毕后将顶板1和筒体4边缘的六个螺栓孔2用螺栓3连接。

B.浆脉制作

将模拟试验得到的劈裂型加固体浆脉(亦可根据JRC自行制作不同摩擦系数的浆脉)利用树脂材料拓印浆脉得到有含有浆脉形状的第一树脂模板7-1和第二树脂模板7-2，将浆脉边框8置于第一树脂模板7-1有纹路的那一面上，注意将边框与模板结合处打磨平整，中间垫有密封胶圈以便边框与模板紧密贴合(边框周围可涂抹一层凡士林，防止后续注浆时跑浆漏浆)；将第二树脂模板7-2同样处理好置于浆脉边框8上侧，上、下树脂模板内侧跟边框内侧均涂抹润滑油方便后期脱模，利用边框预留注浆孔6进行注浆(注意在注浆的时候可以在第二树脂模板7-2上放置一定重物，防止跑浆漏浆，注浆时用针管注浆即可，无需过大注浆压力，在第一树脂模板或者第二树脂模板的上侧开一个小口用于观察注浆进度，在往边框里面用针管注浆时，当第一树脂模板或者第二树脂模板模板的小口有浆液流出就说明里面已经注满，流出来的也是多余的浆液，模板已经填充满了，足够形成浆脉，注浆结束及时封闭注浆孔),标准养护一定时间后脱模得到浆脉。

C.装填土操作

将制得的浆脉置于筒体4中，由于浆脉就是根据特定角度预制出来的，所以浆脉只能放进筒体特定位置，即我们所需的特定角度位置，同时浆脉将筒体分为两部分；利用排水法得到筒体两部分的体积，计算并称取相应质量的软弱土体，分别填充到筒体4中压实(填土前需要在筒体内壁跟浆脉模具两侧涂抹润滑油，填土时可分段计算土的重量然后分段压实保证每段压实度一致，所用土体与模拟实验一致)，将顶板5和筒体4边缘的六个螺栓孔2用螺栓3连接，敲打顶板5和底板1使土体均匀密实；将模具水平静置，在顶板上放置一定重物压实，养护某一特定时间后即可拆模，取得试样。

D.加固体试件的拆模

将养护好的加固体试件取出，首先将底板1和顶板5与筒体4连接的螺栓3拆卸，取下底板1，顶板5，其次将左半筒体4-1和右板筒体4-2缓慢错动，让筒体4松动，随后将拼片取下，即可得到最终的加固体试件。

对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种富水软弱围岩劈裂型注浆加固体试件制作模具，其特征在于，包括顶板、底板、柱形筒体、树脂模板、浆脉边框；

所述顶板、底板的边缘预留有螺栓孔，顶板通过螺栓与柱形筒体的顶部连接，底板通过螺栓与柱形筒体的底部连接；

所述筒体由左、右两部分拼接而成；

所述树脂模板由实际浆脉拓印得到；所述的浆脉边框的角度和厚度与实际浆脉的角度和厚度相等；所述树脂模板与浆脉边框组合用于制作浆脉；所述的浆脉在制作试样时，放置在所述的筒体内，将筒体内部分成两部分，与筒体一起制作试件；

所述树脂模板包括独立的上树脂模板和下树脂模板；

所述浆脉边框一侧预留有注浆孔。

2.如权利要求1所述的富水软弱围岩劈裂型注浆加固体试件制作模具，其特征在于，所述底板和顶部的中部有圆形凸起，在柱形筒体的底部和顶部预留有圆形凹槽，所述的圆形凸起的直径和高度与圆形凹槽的一致，所述的圆形凸起插装在圆形凹槽内。

3.如权利要求2所述的富水软弱围岩劈裂型注浆加固体试件制作模具，其特征在于，所述筒体内径与所制作试样一致，筒体高度比预制试件上下高出一部分形成所述的圆形凹槽。

4.如权利要求2所述的富水软弱围岩劈裂型注浆加固体试件制作模具，其特征在于，在所述的筒体顶部和底部设置有与其一体成型的法兰盘，在所述的法兰盘上螺栓孔，所述的螺栓孔与螺栓配合实现柱形筒体与顶板、底板的连接。

5.一种利用权利要求1-4任一所述的富水软弱围岩劈裂型注浆加固体试件制作模具制作试件的方法，其特征在于，步骤如下:

A、用树脂拓印浆脉，制作树脂模板，将浆脉边框置于下侧树脂模板上，注意将浆脉边框与树脂模板结合处打磨平整，中间垫有密封胶圈以便浆脉边框与树脂模板紧密贴合，将上侧模板同样处理好置于浆脉边框上侧，上、下树脂模板内侧跟浆脉边框内侧均涂抹润滑油方便后期脱模，利用浆脉边框预留注浆孔进行注浆；注浆结束后按照标准养护脱模得到浆脉；

B、将筒体组装好，并与底板螺栓连接，将制作好的浆脉按照特定角度放置于筒体中，浆脉将筒体分为两部分；

C、利用排水法得出两部分的体积，根据注浆模拟试验得到的劈裂型加固体试件的土体密度，计算称量土的重量然后分别填充到筒体中，压实；此时将顶板与筒体连接，轻敲顶板和底板，确保桶内土体均匀受压密实；

D、将模具水平静置，在顶板上放置一定重物，养护一段时间后即可拆模，取得试样。

6.如权利要求5所述的试件的方法，其特征在于，填土前需要在筒体内壁涂抹润滑油，填土时可分段计算土的重量然后分段压实保证每段压实度一致。

7.如权利要求5所述的试件的方法，其特征在于，所述浆脉边框是根据所需预制浆脉角度和厚度用线性切割的方法在内径和高度与试件一致的全封闭空心塑料圆柱体上切割而出。

8.如权利要求5所述的试件的方法，其特征在于，浆脉的粗糙度根据JRC确定，若需制作其他角度浆脉试件只需根据角度与厚度再制作一批浆脉边框，保证浆脉能与筒体内壁贴合即可。

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