CN207923656U - 一种裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统，该试验系统由多个子系统组成：固定系统、仿裂隙系统、调参系统、监测系统、控制系统、注浆系统。进行试验时通过固定系统将仿裂隙系统安置，安设调参系统、监测系统，连接控制系统，待各系统调试后连接注浆系统。仿真裂隙采用PVC透明板材质，利用调参系统可以实现对仿岩体裂隙展布宽度、粗糙度、裂隙倾角、裂隙高度、含水情况的调节，分析多重因素下的浆液扩散规律。各组协调作业，实现了对多重裂隙参数影响浆液扩散的试验研究。本实用新型对注浆浆液扩散试验系统进行了创造性改进，考虑了试验的准确性、综合性、可操作性、低成本性，对于研究注浆理论、注浆工程、注浆技术有很大意义。

Description

一种裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统

技术领域

本实用新型涉及一种注浆工程的实验室试验系统，尤其涉及一种裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统。

背景技术

注浆作为一项实用性很强的工程技术，广泛应用于采矿工程、隧道工程等防渗堵水工程中，其技术手段较成熟。但当前在工程实际中所遇到的问题，理论并不能做出很好的解释，也就是说当前注浆的理论研究并不能适应于工程技术的应用。因此需要深入分析和扩展注浆理论，但岩土体地质环境的复杂性、注浆工程的隐蔽性为注浆扩散及注浆加固等课题研究带来极大困难，室内模型试验成为注浆理论研究的重要途径，也能为进一步裂隙网络的数值研究提供有力的支撑。

对于室内注浆模型试验，可以开展不同类型岩体注浆理论研究，而对于地层中的裂隙网络研究的基础便是对单一裂隙浆液扩散模式的掌握。针对裂隙岩体，首先要了解裂隙岩体的注浆模型有别于土体，对于裂隙内浆液的扩散模式目前并未得到很好的确定，尤其是针对三维的、多类因素同时存在的情况。

岩体裂隙在地层中是极为复杂的，单一裂隙参数包含了宽度、长度、展布宽度、粗糙度、倾角、含水性等，因此如何在一个试验系统中实现多类因素的同时试验研究，又要保证试验的准确性，是一个亟待解决的问题。尤其是当前的试验装置的操作性极为繁琐，不能很好满足试验的要求，因此迫切需要一种能够实现多重因素试验的系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是，提供一种裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统，该系统能够实现对裂隙岩体注浆中多因素的浆液扩散试验分析，能够减少试验操作步骤，减少人力、物力的使用，缩短试验时间，提高试验效果。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是，一种裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统，试验系统包括若干子系统：固定系统、仿裂隙系统、调参系统、监测系统、控制系统、注浆系统，每个子系统包含了若干单元：

所述的固定系统，包含有组合仓、底座两个单元，而两个单元又包含了各自的组合件：组合仓由外壁、支撑板、支撑梁组成，底座由支撑柱、大径吸盘、底盘、固定栓、液压柱、稳定座组成；

所述的仿裂隙系统，包含有裂隙壁、引导孔两个单元，而两个单元又包含了各自的组合件：裂隙壁由两个展布侧壁、上壁、下壁组成，引导孔由导水孔、导浆孔组成；

所述的调参系统，包含有调节裂隙边界、环境参数、内壁条件、倾角四个单元，而四个单元又包含了各自的组合件：调节裂隙边界由上调节柱、上紧固套、吸盘、侧调节柱、侧紧固套，调节环境参数由堵水套、导水管、注水泵、注水管组成，调节倾角由固定铰支座、滚轴、液压柱、注液管组成；调节内壁条件主要是依赖于对裂隙上壁内侧的粗糙化处理；

所述的监测系统，包含有图像采集、应力监测两个单元，而两个单元又包含了各自的组合件：图像采集由高速照相机、PC端组成，应力监测由应力感应器、PC端组成；

所述的注浆系统，是由注浆泵、注浆管组成；

所述的控制系统，是由控制台、PC端、压力与流量监控仪组成。

所述的稳定座安置于实验室内，稳定座前、后的左端部位置均纵列两个固定栓，四个固定栓纵列平齐，每两个固定栓的间距为1/4的外壁长度；两个液压柱固定于稳定座之上，分别位于稳定座前、后端的所设置的两个固定栓的中线上，且液压柱与固定栓的左右垂直间距为大于1/2而小于3/4的底盘长度。

所述的底盘宽度与两个固定栓的间距相同，底盘一共设置前后两块而中间间隔留设空间，前、后端的两个固定栓顶部分别与底盘端部铰接联接，底盘之间的空间为方便布置其他组件；每个底盘中部与液压柱顶部铰接联接，液压柱通过注液管由外部控制台实现升降，配合固定栓可实现对倾角的调节。

所述的支撑柱为四个，前、后两个底盘上均设置有两个支撑柱，每个底盘上的支撑柱间隔1/2的裂隙展布宽度以底盘纵向短中线为轴固定于底盘的横向长中线上；每个支撑柱顶端均设置有大径吸盘，裂隙下壁安置于大径吸盘之上，抽空吸盘后使得下壁固定；导浆管布置于裂隙下壁的中间位置，连接注浆管至外部注浆泵，实现注浆。

所述的外壁设置左右两个，每个外壁一共分为三节，每个下节与底盘的左右两端实现固定连接，中节、上节分别利用联接锁扣与下节实现紧固相接。

所述的两个外壁中节均安设两个侧紧固套，高度为裂隙侧壁的高度，侧调节柱穿过紧固套利用端部的小径吸盘实现对侧壁的控制；左、右的两组侧紧固套、侧调节柱、小径吸盘间隔1/2侧壁长度以裂隙侧壁的竖直中线为轴前后对称；侧紧固套、侧调节柱、小径吸盘各四个。

所述的支撑板为前后两个，固定于组合仓的左右外壁的中节的中部，每个支撑板上安设三个上紧固套，上调节柱穿过紧固套利用端部的吸盘实现对裂隙上壁的控制；支撑板的前后、高度位置要保证吸盘位于裂隙边界处设置、保证可调节上壁所处高度。

所述的导水管沿所布设的裂隙后端部均匀布置，可布置6-10个，导水管沿后端的支撑板延伸至外部注水泵，实现对裂隙内含水条件的布置。

所述的支撑梁设置于侧壁的顶端的中部位置，照相机借助于滚动轮安置于两根支撑梁中间，实现对浆液扩散的实施监控、监拍。

所述的裂隙侧壁与上、下壁，侧壁与上下壁之间，依据不同的研究点及研究要求，使壁与壁之间呈现不同的交错关系，并对裂隙壁端部的密封处理。

所述的构件组成的各个子系统间实现协同作业，也可同时改变多因素，从而分析多重因素下的浆液扩散。

上述技术方案直接带来的技术效果是，结构简单、使用方便，系统调节灵活，利用上述技术方案可对多因素影响浆液扩散实现试验验证，且省时省力。

上述技术方案中，在常规布置时，仿裂隙系统中的裂隙上、下壁与展布侧壁交错分布布置：展布侧壁位于上下壁的端部内侧，其目的在于更好的调节展布宽度的大小；而在特殊条件即分析裂隙宽度的影响时，则裂隙上、下壁与展布侧壁交错分布布置：上下壁位于两个展布侧壁的端部内侧，其目的在更好的调节隙宽大小。

上述技术方案中，调节环境参数是对裂隙内含水情况的调节，注水泵能够提供静水条件、动水条件。

优选为，所述的底座中的底盘外侧采用滚轴与固定铰支座布置；

上述技术方案带来的效果是，利用滚轴与固定铰支座及液压柱，配合底盘一端的固定结构，可根据要求调节组合仓及其内部主结构倾角。

优选为，所述的组合仓的外壁分成三节连接组装，在组装时用联接锁扣进行固定各节；

上述技术方案带来的效果是，能够方便对组合仓及其内部试验结构的检查、安装、拆卸，减少试验失误。

优选为，所述的裂隙边界由PVC板材质的透明板构成，其厚度根据试验要求设置，内壁均做粗糙化处理，且展布侧壁、上壁依靠调节柱实现定量移动，能够满足试验要求。

进一步优选，所述的展布侧壁、上下壁的每个板的顶、底部铺设褶皱状薄橡胶密封层，其目的在于增大各个试验的注浆密封效果，防止发生漏浆。

进一步优选，所述的调节柱上刻有刻度，其精确值为0.5mm，能够实现对展布宽度或者隙宽的精准调节。

优选为，所述的高速照相机的拍摄范围能够达到裂隙的最长边界，满足浆液扩散定位的需要。

优选为，所述的底盘在组合仓两端端部设置为两个，中部位置空缺，每个底盘均由两个固定栓控制其末端固定；

上述技术方案带来的效果是，为注浆管的布设提供空间，同时能够减少材料的消耗，达到降低试验成本的目的。

优选为，在裂隙的延伸端设有堵水套、止浆套，堵水套采用密封材料完全密封布置于靠近导水孔端，而止浆套不作完全密封布置于另一延伸端下部，仅承担接收运移漏出的浆液；

上述技术方案带来的效果是，在不对浆液扩散模式产生影响的条件下，防止在裂隙延伸方向发生漏液、浪费、破坏环境等问题。

上述的一种裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统，其试验方法可作简单描述为：

首先启动注浆泵通过注浆管连接导浆管至导浆孔向裂隙内灌注浆液；

然后根据试验要求，利用调参系统对各类参数进行调节：分析角度影响则可利用液压柱及控制台对系统的角度进行调节，分析展布宽度的影响则利用侧调节柱精准改变裂隙的展布宽度，分析含水饱和度的影响则调节注水泵和导水管对裂隙内壁的含水情况进行调节；

而对于裂隙宽度的影响分析，则首先应当改变展布侧壁与上下壁之间的交错关系，然后利用上调节柱改变裂隙的宽度大小，重复裂隙的安装步骤及注浆步骤；

与此同时在浆液灌注试验过程中，打开高速照相机及应力感应器，捕捉浆液的扩散际线及应力变化情况，并利用PC端记录试验结果；

最后完成试验后，关闭监测系统、注浆系统、控制系统，拆除组合仓外部连接件，依次拆除外壁上中下三节、连接件及其仓内组件，清洗设备。

综上所述，本实用新型相对于现有技术，具有结构简单、系统调节灵活，其使用方法操作简便、效率高、综合性强，省时省力、试验成本相对较低等有益效果，可同时改变多个因素，而分析多重因素下的浆液扩散。

附图说明

图1为本实用新型的裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统结构示意图；

图2为本实用新型的主试验结构侧视示意图；

图3为本实用新型的主试验结构俯视示意图；

图4为本实用新型的仿裂隙系统的结构示意图；

图5为本实用新型的底盘与液压柱的结构示意图；

图6为本实用新型的侧壁与调节柱的结构示意图。

图中：1PC端；2侧紧固套；3侧调节柱；4侧壁；5裂隙下壁；6裂隙上壁；7支撑板；8支撑梁；9照相机；10上调节柱；11上紧固套；12小径吸盘；13外壁；14联接锁扣；15稳定座；16液压柱；17导浆管；18支撑柱；19大径吸盘；20底盘；21固定栓；22感应器；23注浆管；24注液管；25注浆泵；26控制台，27褶皱橡胶层；28固定铰支座；29滚轴；30导水管；31注水管；32注水泵；33堵水套；34止浆套。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型进行详细说明。

如图1-图6所示，本实用新型的裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统，其特征在于，试验系统包括若干子系统：固定系统、仿裂隙系统、调参系统、监测系统、控制系统、注浆系统，每个子系统包含了若干单元：

所述的固定系统，包含有组合仓、底座两个单元，而两个单元又包含了各自的组合件：组合仓由外壁13、支撑板7、支撑梁8组成，底座由支撑柱18、大径吸盘19、底盘20、固定栓21、液压柱16、稳定座15组成；

所述的仿裂隙系统，包含有裂隙壁、引导孔两个单元，而两个单元又包含了各自的组合件：裂隙壁由两个展布侧壁4、上壁6、下壁5组成，引导孔由导水孔、导浆孔组成；

所述的调参系统，包含有调节裂隙边界、环境参数、内壁条件、倾角四个单元，而四个单元又包含了各自的组合件：调节裂隙边界由上调节柱10、上紧固套11、小径吸盘12、侧调节柱3、侧紧固套2，调节环境参数由堵水套33、导水管30、注水泵32、注水管31组成，调节倾角由固定铰支座28、滚轴29、液压柱16、注液管24组成；调节内壁条件主要是依赖于对裂隙上壁6内侧的粗糙化处理；

所述的监测系统，包含有图像采集、应力监测两个单元，而两个单元又包含了各自的组合件：图像采集由高速照相机9、PC端1组成，应力监测由应力感应器22、PC端1组成；

所述的注浆系统，是由注浆泵25、注浆管23、导浆管17组成；

所述的控制系统，是由控制台26、PC端1、压力与流量监控仪组成。

所述的稳定座15安置于实验室内，稳定座15前、后的左端部位置均纵列两个固定栓21，四个固定栓21纵列平齐，每两个固定栓21的间距为1/4的外壁13长度；两个液压柱16固定于稳定座15之上，分别位于稳定座15前、后端的所设置的两个固定栓21的中线上，且液压柱16与固定栓21的左右垂直间距为大于1/2而小于3/4的底盘20长度。

所述的底盘20宽度与两个固定栓21的间距相同，底盘20一共设置前后两块而中间间隔留设空间，前、后端的两个固定栓21顶部分别与底盘20端部铰接联接，底盘20之间的空间为方便布置其他组件；每个底盘20中部与液压柱16顶部铰接联接，液压柱16通过注液管24由外部控制台26实现升降，配合固定栓21可实现对倾角的调节。

所述的支撑柱18为四个，前、后两个底盘上均设置有两个支撑柱18，每个底盘20上的支撑柱18间隔1/2的裂隙展布宽度以底盘20纵向短中线为轴固定于底盘的横向长中线上；每个支撑柱18顶端均设置有大径吸盘，裂隙下壁5安置于大径吸盘19之上，抽空吸盘后使得下壁5固定；导浆管17布置于裂隙下壁5的中间位置，连接注浆管23至外部注浆泵31，实现注浆。

所述的外壁13设置左右两个，每个外壁13一共分为三节，每个下节与底盘20的左右两端实现固定连接，中节、上节分别利用联接锁扣14与下节实现紧固相接。

所述的两个外壁13中节均安设两个侧紧固套2，高度为裂隙侧壁4的高度，侧调节柱3穿过紧固套2利用端部的小径吸盘实现对侧壁4的控制；左、右的两组侧紧固套、侧调节柱、小径吸盘间隔1/2侧壁长度以裂隙侧壁的竖直中线为轴前后对称；侧紧固套、侧调节柱、小径吸盘各四个。

所述的支撑板7为前后两个，固定于组合仓的左右外壁13的中节的中部，每个支撑板7上安设三个上紧固套11，上调节柱10穿过紧固套利用端部的吸盘12实现对裂隙上壁6的控制；支撑板7的前后、高度位置要保证吸盘于裂隙边界处设置、保证可调节上壁所处高度。

所述的导水管30沿所布设的裂隙后端部均匀布置，可布置6-10个，导水管30沿后端的支撑板7延伸至外部注水泵32，实现对裂隙内含水条件的布置。

所述的支撑梁8设置于侧壁13的顶端的中部位置，照相机9借助于滚动轮安置于两根支撑梁8中间，实现对浆液扩散的实施监控、监拍。

所述的裂隙侧壁与上、下壁，侧壁与上下壁之间，依据不同的研究点及研究要求，使壁与壁之间呈现不同的交错关系，并对裂隙壁端部的密封处理。

所述的构件组成的各个子系统间实现协同作业，也可同时改变多因素，从而分析多重因素下的浆液扩散。

上述的试验系统，在常规布置时，仿裂隙系统中的裂隙上、下壁5、6与展布侧壁4交错分布布置：展布侧壁4位于上下壁5、6的端部内侧；而在特殊条件即分析裂隙宽度的影响时，则裂隙上、下壁5、6与展布侧壁4交错分布布置：上下壁5、6位于两个展布侧壁4的端部内侧。

上述的调节环境参数，是对裂隙内含水情况的调节，注水泵32能够提供静水条件、动水条件。

上述的底座中的底盘20外侧采用固定铰支座28与滚轴29连接布置。

上述的外壁13分成三节连接组装，在组装时用联接锁扣14进行固定各节。

上述的裂隙边界由PVC板材质的透明板构成，其厚度根据试验要求设置，内壁均做粗糙化处理，且展布侧壁4、上壁6依靠调节柱3、10实现定量移动。

上述的展布侧壁4、上下壁5、6的每个板的顶、底部铺设褶皱状薄橡胶密封层27，防止发生漏浆。

上述的调节柱3、10上刻有刻度，其精确值为0.5mm，能够实现对展布宽度或者宽度的精准调节。

上述的高速照相机9的拍摄范围能够达到裂隙的最长边界，满足浆液扩散定位的需要。

上述的底盘20在组合仓两端端部设置为两个，中部位置空缺，每个底盘均由两个固定栓21固定其末端。

上述的在裂隙的延伸端均设有堵水套33、止浆套34，堵水套采用密封材料完全密封布置于靠近导水孔端，而止浆套不作完全密封置于另一延伸端下部，仅承担接收运移漏出的浆液。

上述的裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统的试验方法，包括：

首先启动注浆泵25通过注浆管24连接导浆管17至导浆孔向裂隙内灌注浆液；

然后根据试验要求，利用调参系统对各类参数进行调节：分析角度影响则可利用液压柱16及控制台26对系统的角度进行调节，分析展布宽度的影响则利用侧调节柱3精准改变裂隙的展布宽度，分析含水饱和度的影响则调节注水泵32和导水管30对裂隙内壁的含水情况进行调节；

而对于裂隙宽度的影响分析，则首先应当改变展布侧壁4与上下壁5、6之间的交错关系，然后利用上调节柱10改变裂隙的宽度大小，重复裂隙的安装步骤及注浆步骤；

与此同时在浆液灌注试验过程中，打开高速照相机9及应力感应器22，捕捉浆液的扩散际线及应力变化情况，并利用PC端1记录试验结果；

最后完成试验后，关闭监测系统、注浆系统、控制系统，拆除组合仓外部连接件，依次拆除外壁13上中下三节、连接件及其仓内组件，清洗设备。

Claims (8)

1.一种裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统，其特征在于，试验系统包括子系统有：固定系统、仿裂隙系统、调参系统、监测系统、控制系统、注浆系统；

所述的固定系统，包括组合仓、底座，其中，组合仓由外壁、支撑板、支撑梁组成，底座由支撑柱、大径吸盘、底盘、固定栓、液压柱、稳定座组成；

所述的仿裂隙系统，包括裂隙壁、引导孔，其中，裂隙壁由两个侧壁、上壁、下壁组成，引导孔由导水孔、导浆孔组成；

所述的调参系统，包括调节裂隙边界单元、调节环境参数单元、调节内壁条件单元、调节倾角单元，其中，调节裂隙边界单元由上调节柱、上紧固套、吸盘、侧调节柱、侧紧固套组成，调节环境参数单元由堵水套、导水管、注水泵、注水管组成，调节倾角单元由固定铰支座、滚轴、液压柱、注液管组成；

所述的监测系统，包括图像采集单元和应力监测单元，其中：图像采集单元由高速照相机、PC端组成，应力监测单元由应力感应器、PC端组成；

所述的注浆系统，由注浆泵、注浆管组成；

所述的控制系统，由控制台、PC端、压力与流量监控仪组成；

所述的稳定座安置于实验室内，稳定座前、后的左端部位置均纵列两个固定栓，四个固定栓纵列平齐，每两个固定栓的间距为1/4的外壁长度；两个液压柱固定于稳定座之上，分别位于稳定座前、后端的所设置的两个固定栓的中线上，且液压柱与固定栓的左右垂直间距为大于1/2而小于3/4的底盘长度；所述的底盘宽度与两个固定栓的间距相同，底盘设置成前后两块，两块底盘间留设空间，前、后端的两个固定栓顶部分别与底盘端部铰接联接，底盘之间的空间为方便布置其他组件；每个底盘中部与液压柱顶部铰接联接，液压柱通过注液管由外部控制台实现升降，配合固定栓实现对倾角的调节；

所述的支撑柱为四个，前、后两个底盘上均设置有两个支撑柱，每个底盘上的支撑柱间隔1/2的裂隙展布宽度以底盘纵向短中线为轴固定于底盘的横向长中线上；每个支撑柱顶端均设置有大径吸盘，裂隙下壁置于大径吸盘上，吸盘抽空后固定下壁；导浆管布置于裂隙下壁的中间位置，连接注浆管至外部注浆泵，实现注浆；

所述的外壁设置左右两个，每个外壁一共分为三节，每个下节与底盘的左右两端实现固定连接，中节、上节分别利用联接锁扣与下节实现紧固，便于组装；

所述的两个外壁中节均安设两个侧紧固套，高度为裂隙侧壁的高度，侧调节柱穿过侧紧固套利用端部的小径吸盘实现对侧壁的控制；左、右的两组侧紧固套、侧调节柱、小径吸盘间隔1/2侧壁长度以裂隙侧壁的竖直中线为轴前后对称；实现对裂隙宽度的调节；

所述的支撑板为前后两个，固定于组合仓的左右外壁的中节的中部，每个支撑板上安设上紧固套，上调节柱穿过紧固套利用端部的吸盘实现对裂隙上壁的控制；实现对裂隙高度的调节；

所述的导水管沿所布设的裂隙后端部均匀布置，布置6-10个，导水管沿后端的支撑板延伸至外部注水泵；实现对裂隙内含水条件的布置；

所述的支撑梁设置于侧壁的顶端的中部位置，照相机借助于滚动轮安置于两根支撑梁中间；实现对浆液扩散的实施监控、监拍。

2.根据权利要求1所述的一种裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统，其特征在于，所述的裂隙壁由PVC板材质的透明板构成，其厚度根据试验要求设置，内壁均做粗糙化处理。

3.根据权利要求1或2所述的一种裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统，其特征在于，所述的展布侧壁、上下壁的每个板的顶、底部铺设褶皱状薄橡胶密封层，增大试验时的密封效果。

4.根据权利要求1或2所述的一种裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统，其特征在于，所述的调节柱上刻有刻度，其精确值为0.5mm，实现对展布宽度或者裂隙高度的精准调节。

5.根据权利要求3所述的一种裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统，其特征在于，所述的调节柱上刻有刻度，其精确值为0.5mm，实现对展布宽度或者裂隙高度的精准调节。

6.根据权利要求1或2或5所述的一种裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统，其特征在于，支撑板的前后、高度位置设置保证吸盘位于裂隙边界处，实现调节上壁所处高度。

7.根据权利要求3所述的一种裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统，其特征在于，支撑板的前后、高度位置设置保证吸盘位于裂隙边界处，实现调节上壁所处高度。

8.根据权利要求4所述的一种裂隙岩体注浆浆液扩散多因素试验系统，其特征在于，支撑板的前后、高度位置设置保证吸盘位于裂隙边界处，实现调节上壁所处高度。