CN114017070B - 一种可用于模拟裂隙岩体注浆颗粒堆积效果的可视化装置 - Google Patents

一种可用于模拟裂隙岩体注浆颗粒堆积效果的可视化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可用于模拟裂隙岩体注浆颗粒堆积效果的可视化装置，本发明由压力表、流量计所组成的浆液基础参数测量系统和注浆管、渗流管、刚性板、柔性橡胶、刚性压板所组成的注浆模拟系统两部分组成，在浆液基础参数测量系统和注浆模拟系统的协同作用下，可模拟不同赋存参数裂隙的注浆效果和特定裂隙参数下不同组分浆液的注浆效果，本发明的应用，可解决工程岩体注浆过程及注浆效果无法可视化评估这一工程难题。

Description

一种可用于模拟裂隙岩体注浆颗粒堆积效果的可视化装置
技术领域
本发明涉及工程岩体技术领域，尤其是一种可用于模拟裂隙岩体注浆颗粒堆积效果的可视化装置。
背景技术
工程岩体在构造应力作用下将孕育大量原生裂隙，在动态施工过程中也将形成大量次生裂隙，当上述裂隙贯通或邻近承压水源后，将对工程施工形成安全隐患。目前，工程技术人员通过注浆充填岩体裂隙所达到的堵水效果，仅凭借相关工程经验对其进行预估研判，无法对注浆堵水过程及效果进行可视化和量化分析。此外，就当前实验室条件下有关此方面的研究手段，多为大尺度岩体和相似模拟材料的复合多维度裂隙的注浆效果研究，实验室条件相对于隐蔽工程现场而言，虽可借助相关监测设备和分析软件对注浆效果进行探究，但研究成果与工程现场的注浆效果仍有一定差异，无法真实还原现场注浆的可视化效果，鉴于当前测试方法及设备所限，上述工程问题一直困扰着相关领域工程技术人员和科研人员，而难以得到行之有效的解决方法。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种可用于模拟裂隙岩体注浆颗粒堆积效果的可视化装置。为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：
一种可用于模拟裂隙岩体注浆颗粒堆积效果的可视化装置，包括浆液基础参数测量系统和注浆模拟系统,所述浆液基础参数测量系统包括压力表和流量计，所述注浆模拟系统包括注浆管、渗流管、刚性板、柔性橡胶和刚性压板；所述压力表设置在注浆管的上游端，所述流量计设置在注浆管的上游端和下游端，所述渗流管设置在注浆管的中部，所述注浆管横截面为圆形，所述渗流管横截面为方形，所述渗流管两端通过偏心天方地圆连接件与注浆管连接，所述渗流管中部设置有两块刚性板，所述两块刚性板上下对称设置，所述刚性板一端通过柔性橡胶与渗流管内壁连接，所述刚性板另一端悬空设置，所述刚性板悬空的一侧设置有刚性压板，所述刚性压板通过可调旋钮设置在渗流管上，所述可调旋钮贯穿渗流管并抵接在刚性压板上，所述刚性压板与刚性板连接。
进一步的，所述注浆管为PVC管。
进一步的，通过柔性可熔橡胶将亚克力板组装形成方形渗流管。
进一步的，所述可调旋钮为螺纹旋钮。
进一步的，所述可视化装置的用于实现以下实验步骤：
(1)、基于某一特定工程地质条件打钻取芯，对岩芯裂隙进行分析，获取岩体裂隙赋存参数；
(2)、首先，准备压力表、液体流量计、注浆管和高刚度高强度透明亚克力；其次，将所述亚克力材料制作刚性板和方形渗流管，将两块刚性板上下对称设置在方形渗流管中部，将刚性板一端通过柔性橡胶与渗流管内壁连接，将刚性板另一端悬空设置，在所述刚性板悬空的一侧设置有刚性压板，将刚性压板通过可调旋钮设置在渗流管上，将可调旋钮贯穿渗流管并抵接在刚性压板上，将刚性压板与刚性板连接；最后，将压力表设置在注浆管的上游端，将流量计设置在注浆管的上游端和下游端，将渗流管设置在注浆管的中部，所述注浆管横截面为圆形，将渗流管两端通过偏心天方地圆连接件与注浆管连接，形成可视化装置；
(3)、基于步骤1中某一特定裂隙参数，通过可调旋钮调控上、下两刚性板活动端间距d，用以模拟岩体裂隙张开度参数；通过调控渗流管与水平面夹角α用以模拟岩体裂隙的倾角赋存参数；
(4)、设置固相比和固液比为定值，制备固相组分不同粒径条件下的多组分注浆混合液体；
(5)、通过压力表设置给定注浆压力为一定值P，将固相组分为不同粒径的注浆混合液注入可视化装置入口，所述柔性橡胶起到密封作用，防止浆液从刚性板和渗流管之间流进出口端；
(6)、通过入口端流量计和出口端流量计分别监测不同粒径的多组分注浆混合液累计流量Q0、Q1和瞬时流量q1，并进行记录；
(7)、分析注入不同粒径的多组分注浆混合液条件下瞬时q1的变化，当q1始终为一恒定值时，说明注浆固相粒径较小，不能对裂隙形成封堵，无法达到注浆堵水效果；当q1逐渐减小时，说明此种固相粒径下的多组分注浆混合液在裂缝处出现堆积，q1的减小表征着裂隙的渗透率的降低和注浆效果的增加；
(8)、结合步骤7对累计流量数据进行综合分析，当Q0>Q1且 q1较小时，分别取一定量入口端和出口端液体进行密度ρ分析，若ρ入＞/ρ出比值较大，说明此粒径下的多组分混合液可对裂隙形成完全封堵作用；
(9)、通过透明渗流管观察两刚性板之间的固相物颗粒的时程堆积量并进行记录，可获得注浆液中固相物质的堆积速度，结合步骤8综合分析，可实现靶向地质条件某一特定裂隙参数下的固相颗粒注浆效果分析。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：(1) 本发明通过浆液基础参数测量系统和注浆模拟系统的协同作用，成功实现了注浆效果的可视化和量化分析。
(2)本发明通过无级化调整上、下两刚性板5活动端间距d和α角，还可用于探究特定组分注浆材料对何种岩体裂隙可起到最佳注浆堵水效果实验。
(3)本发明还可用于探究特定赋存岩体裂隙条件下，不同固相比和水固比注浆液体的最佳参数组合。
附图说明
图1为本发明中可用于模拟裂隙岩体注浆颗粒堆积效果的可视化装置的结构示意图；
图2为图1中A处的放大图；
图3为图1中B处的放大图；
图4为图1中C处的放大图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。
本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者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。此外，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-4所示，本发明中的一种可用于模拟裂隙岩体注浆颗粒堆积效果的可视化装置包括浆液基础参数测量系统和注浆模拟系统, 所述浆液基础参数测量系统包括压力表1和流量计2，所述注浆模拟系统包括注浆管3、渗流管4、刚性板5、柔性橡胶6和刚性压板7；所述压力表1设置在注浆管3的上游端，所述流量计2设置在注浆管3的上游端和下游端，所述渗流管4设置在注浆管3的中部，所述注浆管3横截面为圆形，所述渗流管4横截面为方形，所述渗流管4两端通过偏心天方地圆连接件与注浆管3连接，所述渗流管4 中部设置有两块刚性板5，所述两块刚性板5上下对称设置，所述刚性板5一端通过柔性橡胶6与渗流管4内壁连接，所述刚性板5另一端悬空设置，所述刚性板5悬空的一侧设置有刚性压板7，所述刚性压板7通过可调旋钮设置在渗流管4上，所述可调旋钮贯穿渗流管4并抵接在刚性压板7上，所述刚性压板7与刚性板5连接。所述可调旋钮为螺纹旋钮。
本发明中的一种可用于模拟裂隙岩体注浆颗粒堆积效果的可视化装置用于实现以下实验步骤：
1、基于某一特定工程地质条件打钻取芯，对岩芯裂隙进行分析，获取岩体裂隙赋存参数；
2、首先，准备压力表1、液体流量计2、PVC管3、柔性可熔橡胶和高刚度高强度透明亚克力；其次，将所述亚克力材料制作刚性板5、通过柔性可熔橡胶组装形成方形渗流管4，将两块刚性板5上下对称设置在方形渗流管4中部，将刚性板5一端通过柔性橡胶6 与渗流管4内壁连接，将刚性板5另一端悬空设置，在所述刚性板5 悬空的一侧设置有刚性压板7，将刚性压板7通过可调旋钮设置在渗流管4上，将可调旋钮贯穿渗流管4并抵接在刚性压板7上，将刚性压板7与刚性板5连接；最后，将压力表1设置在注浆管3的上游端，将流量计2设置在注浆管3的上游端和下游端，将渗流管4 设置在注浆管3的中部，所述注浆管3横截面为圆形，将渗流管4 两端通过偏心天方地圆连接件与注浆管3连接，形成图1可视化装置；
3、基于步骤1中某一特定裂隙参数，通过可调旋钮调控上、下两刚性板5活动端间距d，用以模拟岩体裂隙张开度参数；通过调控渗流管4与水平面夹角α用以模拟岩体裂隙的倾角赋存参数；
4、设置固相比和固液比为定值，制备固相组分不同粒径条件下的多组分注浆混合液体；
5、通过压力表1设置给定注浆压力为一定值P，将固相组分为不同粒径的注浆混合液注入图1可视化装置入口，所述柔性橡胶6 起到密封作用，防止浆液从刚性板5和渗流管4之间流进出口端；
6、通过入口端流量计和出口端流量计分别监测不同粒径的多组分注浆混合液累计流量Q0、Q1和瞬时流量q1，并进行记录；
7、分析注入不同粒径的多组分注浆混合液条件下瞬时q1的变化，当q1始终为一恒定值时，说明注浆固相粒径较小，不能对裂隙形成封堵，无法达到注浆堵水效果；当q1逐渐减小时，说明此种固相粒径下的多组分注浆混合液在裂缝处出现堆积，q1的减小表征着裂隙的渗透率的降低和注浆效果的增加；
8、结合步骤7对累计流量数据进行综合分析，当Q0>Q1且q1较小时，分别取一定量入口端和出口端液体进行密度ρ分析，若ρ入＞/ρ出比值较大，说明此粒径下的多组分混合液可对裂隙形成完全封堵作用；
9、通过透明渗流管4观察两刚性板5之间的固相物颗粒的时程堆积量并进行记录，可获得注浆液中固相物质的堆积速度，结合步骤8综合分析，可实现靶向地质条件某一特定裂隙参数下的固相颗粒注浆效果分析。
本发明中的一种可用于模拟裂隙岩体注浆颗粒堆积效果的可视化装置和方法在浆液基础参数测量系统和注浆模拟系统的协同作用下，可模拟不同赋存参数裂隙的注浆效果和特定裂隙参数下不同组分浆液的注浆效果；本发明的应用，可解决工程岩体注浆过程及注浆效果无法可视化评估这一工程难题；本发明通过浆液基础参数测量系统和注浆模拟系统的协同作用，成功实现了注浆效果的可视化和量化分析；本发明通过无级化调整上、下两刚性板5活动端间距d 和α角，还可用于探究特定组分注浆材料对何种岩体裂隙可起到最佳注浆堵水效果实验；本发明还可用于探究特定赋存岩体裂隙条件下，不同固相比和水固比注浆液体的最佳参数组合。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各块技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种可用于模拟裂隙岩体注浆颗粒堆积效果的可视化装置，其特征在于：包括浆液基础参数测量系统和注浆模拟系统,所述浆液基础参数测量系统包括压力表和流量计，所述注浆模拟系统包括注浆管、渗流管、刚性板、柔性橡胶和刚性压板；所述压力表设置在注浆管的上游端，所述流量计设置在注浆管的上游端和下游端，所述渗流管设置在注浆管的中部，所述注浆管横截面为圆形，所述渗流管横截面为方形，所述渗流管两端通过偏心天方地圆连接件与注浆管连接，所述渗流管中部设置有两块刚性板，所述两块刚性板上下对称设置，所述刚性板一端通过柔性橡胶与渗流管内壁连接，所述刚性板另一端悬空设置，所述刚性板悬空的一侧设置有刚性压板，所述刚性压板通过可调旋钮设置在渗流管上，所述可调旋钮贯穿渗流管并抵接在刚性压板上，所述刚性压板与刚性板连接；所述可视化装置的实验方法如下：
(1)、基于某一特定工程地质条件打钻取芯，对岩芯裂隙进行分析，获取岩体裂隙赋存参数；
(2)、首先，准备压力表、液体流量计、注浆管和高刚度高强度透明亚克力；其次，将亚克力材料制作刚性板和方形渗流管，将两块刚性板上下对称设置在方形渗流管中部，将刚性板一端通过柔性橡胶与渗流管内壁连接，将刚性板另一端悬空设置，在所述刚性板悬空的一侧设置有刚性压板，将刚性压板通过可调旋钮设置在渗流管上，将可调旋钮贯穿渗流管并抵接在刚性压板上，将刚性压板与刚性板连接；最后，将压力表设置在注浆管的上游端，将流量计设置在注浆管的上游端和下游端，将渗流管设置在注浆管的中部，所述注浆管横截面为圆形，将渗流管两端通过偏心天方地圆连接件与注浆管连接，形成可视化装置；
(3)、基于步骤1中某一特定裂隙参数，通过可调旋钮调控上、下两刚性板活动端间距d，用以模拟岩体裂隙张开度参数；通过调控渗流管与水平面夹角α用以模拟岩体裂隙的倾角赋存参数；
(4)、设置固相比和固液比为定值，制备固相组分不同粒径条件下的多组分注浆混合液体；
(5)、通过压力表设置给定注浆压力为一定值P，将固相组分为不同粒径的注浆混合液注入可视化装置入口，所述柔性橡胶起到密封作用，防止浆液从刚性板和渗流管之间流进出口端；
(6)、通过入口端流量计和出口端流量计分别监测不同粒径的多组分注浆混合液累计流量Q0、Q1和瞬时流量q1，并进行记录；
(7)、分析注入不同粒径的多组分注浆混合液条件下瞬时q1的变化，当q1始终为一恒定值时，说明注浆固相粒径较小，不能对裂隙形成封堵，无法达到注浆堵水效果；当q1逐渐减小时，说明此种固相粒径下的多组分注浆混合液在裂缝处出现堆积，q1的减小表征着裂隙的渗透率的降低和注浆效果的增加；
(8)、结合步骤7对累计流量数据进行综合分析，当Q0>Q1且q1较小时，分别取一定量入口端和出口端液体进行密度ρ分析，若ρ入＞/ρ出比值较大，说明此粒径下的多组分混合液可对裂隙形成完全封堵作用；
(9)、通过透明渗流管观察两刚性板之间的固相物颗粒的时程堆积量并进行记录，可获得注浆液中固相物质的堆积速度，结合步骤8综合分析，可实现靶向地质条件某一特定裂隙参数下的固相颗粒注浆效果分析。
2.根据权利要求1所述的一种可用于模拟裂隙岩体注浆颗粒堆积效果的可视化装置，其特征在于：所述注浆管为PVC管。
3.根据权利要求2所述的一种可用于模拟裂隙岩体注浆颗粒堆积效果的可视化装置，其特征在于：通过柔性可熔橡胶将亚克力板组装形成方形渗流管。
4.根据权利要求3所述的一种可用于模拟裂隙岩体注浆颗粒堆积效果的可视化装置，其特征在于：所述可调旋钮为螺纹旋钮。
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