CN115629186A - 地下高压环境注浆模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地下高压环境注浆模拟试验装置，所述地下高压环境注浆模拟试验装置包括罐体和上盖；罐体上侧开口设置，一侧设有压力水口和测压口，压力水口的对侧的下侧设有排水口，排水口上设有调压阀，测压口上设有压力传感器，罐体内部适于存放模拟地下岩土环境的材料；上盖盖设在罐体上侧，与罐体密封连接，上盖上设有多个注浆孔。本发明提供的地下高压环境注浆模拟试验装置，能够通过设在出水口的调压阀精确模拟不同压力下的地下高压动水环境，并且能够通过选定不同的注浆孔，模拟不同注浆孔组合下的注浆效果，便于对不同注浆孔组合下的逐渐效果进行研究、预测。

Description

地下高压环境注浆模拟试验装置

技术领域

本发明属于高压注浆技术领域，具体涉及一种地下高压环境注浆模拟试验装置。

背景技术

目前针对地下高压岩土体注浆工程中注浆压力、注浆量、扩散半径等相关参数及浆液的选取，主要通过施工前现场试验或工程经验确定，对于复杂地质条件下的注浆工程很难对注浆效果进行控制和预测。

因此需要一个实验装置来模拟复杂的地下岩土环境，以便于对注浆效果进行研究、预测。

发明内容

本发明实施例提供一种地下高压环境注浆模拟试验装置，旨在提供一种实验装置来模拟复杂的地下岩土环境，以便于对注浆效果进行研究、预测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种地下高压环境注浆模拟试验装置，包括：

罐体，上侧开口设置，一侧设有压力水口和测压口，所述压力水口的对侧的下侧设有排水口，所述排水口上设有调压阀，所述测压口上设有压力传感器，所述罐体内部适于存放模拟地下岩土环境的材料；

上盖，盖设在所述罐体上侧，与所述罐体密封连接，所述上盖上设有多个注浆孔。

在一种可能的实现方式中，还包括底座，所述罐体下侧开口设置，所述底座设在所述罐体下侧，与所述罐体密封连接。

在一种可能的实现方式中，所述上盖和所述底座均通过多组螺栓组件与所述罐体连接。

在一种可能的实现方式中，所述罐体和所述上盖均呈圆形，所述上盖中心设有所述注浆孔，多个所述注浆孔分为若干第一注浆孔组、若干第二注浆孔组、若干第三注浆孔组和若干第四注浆孔组，每组所述第一注浆孔组内的多个所述注浆孔均呈线性分布，若干所述第一注浆孔组围绕所述上盖中心设置，且共用所述上盖中心的所述注浆孔；每组所述第二注浆孔内的多个所述注浆孔均呈正三角形分布；每组所述第三注浆孔组内的多个所述注浆孔均呈正方形分布；每组所述第四注浆孔组内的多个所述注浆孔均以所述上盖中心为圆心呈圆形分布，多组所述第四注浆孔组呈同心圆分布。

在一种可能的实现方式中，所述罐体上还设有温度检测口，所述温度检测口上设有温度传感器，已检测所述罐体内温度。

在一种可能的实现方式中，还包括液压缸、活塞和弹性环体，所述弹性环体设在所述弹性环体设在所述罐体内，所述弹性环体的外径等于所述罐体的内径，所述活塞设在所述罐体内侧底部，所述液压缸设在所述底座下侧，所述弹性环体上端与所述上盖抵接，下端与所述活塞上侧抵接，所述液压缸的活塞杆穿过所述底座与所述活塞连接。

在一种可能的实现方式中，所述弹性环体包括若干弹性块和弹性膜，若干所述弹性块均为弧形块，且绕所述弹性环体的轴线依次排布，所述弹性膜为环形膜，设在若干所述弧形块远离所述罐体的一侧，且与每块所述弹性块连接。

在一种可能的实现方式中，还包括若干支撑组件，每个所述支撑组件均包括支撑杆两根连杆和，两根所述连杆一端相铰接，另一端为自由端；每块所述弹性块的周向两侧均开设有容纳槽，若干所述支撑组件分别设在相邻两个所述弹性块之间，且两根所述连杆分别设在相邻两个所述弹性块上的所述容纳槽内，两个所述连杆的自由端分别与相邻两个所述弹性块铰接，所述支撑杆一端与一根所述连杆铰接，另一端适于与另一根所述连杆卡接，以使两根所述连杆保持分开的状态。

在一种可能的实现方式中，每个所述注浆孔内均设有封堵组件，以堵塞所述注浆孔。

在一种可能的实现方式中，所述封堵组件包括内套、外套和弹簧，所述注浆孔上段为连接孔，下段为光孔，所述连接孔内攻有内螺纹，且所述光孔的直径大于所述连接孔的直径；所述内套和所述外套均下端封闭设置、上端开放设置，且侧面设有若干通过孔，所述外套外侧攻有外螺纹，且上端与所述连接孔螺接，所述外套上的所述通过孔位于所述光孔内；所述内套嵌设在所述外套内，所述弹簧设在所述外套内，且两端分别与所述外套的底部和所述内套的底部连接，所述内套的上端凸出于所述外套的上端。

本发明提供的地下高压环境注浆模拟试验装置的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的地下高压环境注浆模拟试验装置，试验时，首先在罐体内部填充模拟地下岩土环境的材料，然后盖上上盖，通过压力水口向罐体内注入高压水，模拟地下的高压动水，并通过设在出水口的调压阀调节罐体内部压力，罐体内部压力控制的更加准确，然后，盖上上盖，选定若干不同位置的注浆孔向罐体内部注浆，以精确模拟不同注浆孔组合下的注浆效果；既本发明提供的地下高压环境注浆模拟试验装置能够通过设在出水口的调压阀精确模拟不同压力下的地下高压动水环境，并且能够通过选定不同的注浆孔，模拟不同注浆孔组合下的注浆效果，便于对不同注浆孔组合下的逐渐效果进行研究、预测。

附图说明

图1为本发明实施例提供的地下高压环境注浆模拟试验装置的主视结构示意图；

图2为本发明实施例提供的地下高压环境注浆模拟试验装置的侧视结构示意图；

图3为沿图2中A-A线的剖视结构图；

图4为本发明实施例提供的地下高压环境注浆模拟试验装置中的弹性环体展开后的立体结构示意图；

图5为本发明实施例提供的地下高压环境注浆模拟试验装置中的弹性环体展开后除去弹性膜的立体结构示意图；

图6为图3中B部放大图；

图7为本发明实施例提供的地下高压环境注浆模拟试验装置中的封堵组件的爆炸结构示意图；

图8为图5中C部放大图；

附图标记说明：

10、罐体；11、压力水口；12、调压阀；13、压力传感器；

14、温度传感器；20、上盖；21、注浆孔；22、第一注浆孔组；

23、第二注浆孔组；24、第三注浆孔组；25、第四注浆孔组；

30、底座；40、螺栓组件；51、液压缸；52、活塞；

53、弹性环体；531、弹性块；532、弹性膜；61、支撑杆；

62、连杆；71、内套；72、外套；73、弹簧；74、通过孔。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

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。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

请一并参阅图1至图8，现对本发明提供的地下高压环境注浆模拟试验装置进行说明。所述地下高压环境注浆模拟试验装置，包括罐体10和上盖20；罐体10上侧开口设置，一侧设有压力水口11和测压口，压力水口11的对侧的下侧设有排水口，排水口上设有调压阀12，测压口上设有压力传感器13，罐体10内部适于存放模拟地下岩土环境的材料；上盖20盖设在罐体10上侧，与罐体10密封连接，上盖20上设有多个注浆孔21。

需要说明的是，地下高压环境注浆模拟试验装置在做试验时，首先，在罐体10内部填充模拟地下岩土环境的材料，然后盖上上盖20，通过压力水口11向罐体10内注入高压水，模拟地下的高压动水，并通过设在出水口的调压阀12调节罐体10内部压力，罐体10内部压力控制的更加准确，然后，盖上上盖20，选定若干不同位置的注浆孔21向罐体10内部注浆，以精确模拟不同注浆孔组合下的注浆效果。

本发明实施例提供的地下高压环境注浆模拟试验装置的有益效果是：与现有技术相比，本发明实施例提供的地下高压环境注浆模拟试验装置，试验时，首先在罐体10内部填充模拟地下岩土环境的材料，然后盖上上盖20，通过压力水口11向罐体10内注入高压水，模拟地下的高压动水，并通过设在出水口的调压阀12调节罐体10内部压力，罐体10内部压力控制的更加准确，然后，盖上上盖20，选定若干不同位置的注浆孔21向罐体10内部注浆，以精确模拟不同注浆孔组合下的注浆效果；既本发明提供的地下高压环境注浆模拟试验装置能够通过设在出水口的调压阀12精确模拟不同压力下的地下高压动水环境，并且能够通过选定不同的注浆孔21，模拟不同注浆孔组合下的注浆效果，便于对不同注浆孔组合下的逐渐效果进行研究、预测。

如图1和图2所示，在本发明实施例提供的地下高压环境注浆模拟试验装置的一种具体的实施方式中，还包括底座30，罐体10下侧开口设置，底座30设在罐体10下侧，与罐体10密封连接。

需要说明的是，上盖20、罐体10上均焊接有吊耳，在注完浆后，通过起吊设备直接将罐体10和上盖20从底座30上吊起，即可将模拟地下岩土环境的材料完整的露出、而不会破坏其结构，使研究结果更加真实、准确。

如图1和图2所示，在本发明实施例提供的地下高压环境注浆模拟试验装置的一种具体的实施方式中，上盖20和底座30均通过多组螺栓组件40与罐体10连接。

如图1和图2所示，罐体10和上盖20均呈圆形，在本发明实施例提供的地下高压环境注浆模拟试验装置的一种具体的实施方式中，上盖20中心设有注浆孔21，多个注浆孔21分为若干第一注浆孔组22、若干第二注浆孔组23、若干第三注浆孔组24和若干第四注浆孔组25，每组第一注浆孔组22内的多个注浆孔21均呈线性分布，若干第一注浆孔组22围绕上盖20中心设置，且共用上盖20中心的注浆孔21；每组第二注浆孔21内的多个注浆孔21均呈正三角形分布；每组第三注浆孔组24内的多个注浆孔21均呈正方形分布；每组第四注浆孔组25内的多个注浆孔21均以上盖20中心为圆心呈圆形分布，多组第四注浆孔组25呈同心圆分布。

需要说明的是，若干第一注浆孔组22、若干第二注浆孔组23、若干第三注浆孔组24和若干第四注浆孔组25之间共用若干注浆孔21，以使用少量的注浆孔21模拟多种不同分布形式的注浆孔组合；将多个注浆孔21按分布形式分为第一注浆孔组22、第二注浆孔组23、第三注浆孔组24和第四注浆孔组25，以便于对不同分布形式的注浆孔21的注浆效果进行模拟、研究。

进一步的，罐体10和上盖20均呈圆形，上盖20和底座30均通过多组螺栓组件40与罐体10连接，且多组螺栓组件40与罐体10呈同心圆分布，可以通过转动上盖20，调整若干第一注浆孔组22、若干第二注浆孔组23、若干第三注浆孔组24和若干第四注浆孔组25与压力水口11的相对位置，以对不同流向的高压动水情况下的注浆效果进行模拟。

如图1和图2所示，在本发明实施例提供的地下高压环境注浆模拟试验装置的一种具体的实施方式中，罐体10上还设有温度检测口，温度检测口上设有温度传感器14，已检测罐体10内温度。

需要说明的，浆液在凝固时会放出热量，通过温度传感器14实时监测可以实时监测罐体10内温度的变化。

如图1和图3所示，在本发明实施例提供的地下高压环境注浆模拟试验装置的一种具体的实施方式中，还包括液压缸51、活塞52和弹性环体53，弹性环体53设在弹性环体53设在罐体10内，弹性环体53的外径等于罐体10的内径，活塞52设在罐体10内侧底部，液压缸51设在底座30下侧，弹性环体53上端与上盖20抵接，下端与活塞52上侧抵接，液压缸51的活塞52杆穿过底座30与活塞52连接。

需要理解的是，地下岩石、沙土处于高压环境，且压力来自四周，通过液压缸51驱动活塞52对罐体10内用来模拟地下岩土环境的材料施加上下方向的压力；同时弹性环体53受压后变粗，由于外侧有罐体10限制无法发生形变，因此弹性环体53内径变小，对对罐体10内用来模拟地下岩土环境的材料施加横向的压力，以精确模拟地下岩土环境的压力环境，使试验结果更加准确。

如图4和图5所示，在本发明实施例提供的地下高压环境注浆模拟试验装置的一种具体的实施方式中，弹性环体53包括若干弹性块531和弹性膜532，若干弹性块531均为弧形块，且绕弹性环体53的轴线依次排布，弹性膜532为环形膜，设在若干弧形块远离罐体10的一侧，且与每块弹性块531连接。

进一步的，本发明实施例提供的地下高压环境注浆模拟试验装置还包括若干支撑组件，每个支撑组件均包括支撑杆61两根连杆62和，两根连杆62一端相铰接，另一端为自由端；每块弹性块531的周向两侧均开设有容纳槽，若干支撑组件分别设在相邻两个弹性块531之间，且两根连杆62分别设在相邻两个弹性块531上的容纳槽内，两个连杆62的自由端分别与相邻两个弹性块531铰接，支撑杆61一端与一根连杆62铰接，另一端适于与另一根连杆62卡接，以使两根连杆62保持分开的状态。

需要说明的是，为了直观的观测注浆结果，需要逐层解剖注浆凝结后形成的注浆砂体，在这个过程中，通常会将剥离下来材料散落一地，试验结束后，需要费时费力打扫周围环境；将弹性环体53沿周分为若干块弹性块531，并在弹性块531的内侧连接弹性膜532，可以在逐层解剖注浆凝结后形成的注浆砂体时，使所有弹性块531向外倾倒、平铺，然后将相邻的两个弹性块531间的两个连杆62展开，然后将一根连杆62上的支撑杆61的另一端与另一根连杆62卡接，使两根连杆62保持分开的状态，支撑住相邻的两个弹性块531，使所有的弹性块531保持平铺的状态，此时连接在弹性块531的弹性膜532横向也横向展开，形成一个环形平台，以盛接剥离下来的材料，以避免出现材料散落一地的情况出现。

如图6和图7所示，在本发明实施例提供的地下高压环境注浆模拟试验装置的一种具体的实施方式中，每个注浆孔21内均设有封堵组件，以堵塞注浆孔21。

具体的，封堵组件包括内套71、外套72和弹簧73，注浆孔21上段为连接孔，下段为光孔，连接孔内攻有内螺纹，且光孔的直径大于连接孔的直径；内套71和外套72均下端封闭设置、上端开放设置，且侧面设有若干通过孔74，外套72外侧攻有外螺纹，且上端与连接孔螺接，外套72上的通过孔74位于光孔内；内套71嵌设在外套72内，弹簧73设在外套72内，且两端分别与外套72的底部和内套71的底部连接，内套71的上端凸出于外套72的上端。

需要说明的是，处在非注浆状态时，内套71上的通过孔74处于外套72上的通过孔74的上侧，封堵组件处于封闭状态，以使罐体10内保持高压，需要注浆时，将注浆管拧入注浆孔21上段的连接孔内，并逐渐将内套71向下压，此时注浆管与连接孔之间为密封螺接，内套71的通过孔74逐渐与外套72上的通过孔74重合，使注浆管内的浆液依次经、通过孔74、光孔，进入到罐体10内部进行注浆。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地下高压环境注浆模拟试验装置，其特征在于，包括：

罐体10，上侧开口设置，一侧设有压力水口11和测压口，所述压力水口11的对侧的下侧设有排水口，所述排水口上设有调压阀12，所述测压口上设有压力传感器13，所述罐体10内部适于存放模拟地下岩土环境的材料；以及

上盖20，盖设在所述罐体10上侧，与所述罐体10密封连接，所述上盖20上设有多个注浆孔21。

2.如权利要求1所述的地下高压环境注浆模拟试验装置，其特征在于，还包括底座30，所述罐体10下侧开口设置，所述底座30设在所述罐体10下侧，与所述罐体10密封连接。

3.如权利要求2所述的地下高压环境注浆模拟试验装置，其特征在于，所述上盖20和所述底座30均通过多组螺栓组件40与所述罐体10连接。

4.如权利要求3所述的地下高压环境注浆模拟试验装置，其特征在于，所述罐体10和所述上盖20均呈圆形，所述上盖20中心设有所述注浆孔21，多个所述注浆孔21分为若干第一注浆孔组22、若干第二注浆孔组23、若干第三注浆孔组24和若干第四注浆孔组25，每组所述第一注浆孔组22内的多个所述注浆孔21均呈线性分布，若干所述第一注浆孔组22围绕所述上盖20中心设置，且共用所述上盖20中心的所述注浆孔21；每组所述第二注浆孔21内的多个所述注浆孔21均呈正三角形分布；每组所述第三注浆孔组24内的多个所述注浆孔21均呈正方形分布；每组所述第四注浆孔组25内的多个所述注浆孔21均以所述上盖20中心为圆心呈圆形分布，多组所述第四注浆孔组25呈同心圆分布。

5.如权利要求4所述的地下高压环境注浆模拟试验装置，其特征在于，所述罐体10上还设有温度检测口，所述温度检测口上设有温度传感器14，已检测所述罐体10内温度。

6.如权利要求5所述的地下高压环境注浆模拟试验装置，其特征在于，还包括液压缸51、活塞52和弹性环体53，所述弹性环体53设在所述弹性环体53设在所述罐体10内，所述弹性环体53的外径等于所述罐体10的内径，所述活塞52设在所述罐体10内侧底部，所述液压缸51设在所述底座30下侧，所述弹性环体53上端与所述上盖20抵接，下端与所述活塞52上侧抵接，所述液压缸51的活塞52杆穿过所述底座30与所述活塞52连接。

7.如权利要求6所述的地下高压环境注浆模拟试验装置，其特征在于，所述弹性环体53包括若干弹性块531和弹性膜532，若干所述弹性块531均为弧形块，且绕所述弹性环体53的轴线依次排布，所述弹性膜532为环形膜，设在若干所述弧形块远离所述罐体10的一侧，且与每块所述弹性块531连接。

8.如权利要求7所述的地下高压环境注浆模拟试验装置，其特征在于，还包括若干支撑组件，每个所述支撑组件均包括支撑杆61和两根连杆62，两根所述连杆62一端相铰接，另一端为自由端；每块所述弹性块531的周向两侧均开设有容纳槽，若干所述支撑组件分别设在相邻两个所述弹性块531之间，且两根所述连杆62分别设在相邻两个所述弹性块531上的所述容纳槽内，两个所述连杆62的自由端分别与相邻两个所述弹性块531铰接，所述支撑杆61一端与一根所述连杆62铰接，另一端适于与另一根所述连杆62卡接，以使两根所述连杆62保持分开的状态。

9.如权利要求1所述的地下高压环境注浆模拟试验装置，其特征在于，每个所述注浆孔21内均设有封堵组件，以堵塞所述注浆孔21。

10.如权利要求9所述的地下高压环境注浆模拟试验装置，其特征在于，所述封堵组件包括内套71、外套72和弹簧73，所述注浆孔21上段为连接孔，下段为光孔，所述连接孔内攻有内螺纹，且所述光孔的直径大于所述连接孔的直径；所述内套71和所述外套72均下端封闭设置、上端开放设置，且侧面设有若干通过孔74，所述外套72外侧攻有外螺纹，且上端与所述连接孔螺接，所述外套72上的所述通过孔74位于所述光孔内；所述内套71嵌设在所述外套72内，所述弹簧73设在所述外套72内，且两端分别与所述外套72的底部和所述内套71的底部连接，所述内套71的上端凸出于所述外套72的上端。

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