CN211627210U - 高压渗透注浆加固裂隙岩石试样的实验测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压渗透注浆加固裂隙岩石试样的实验测试装置，该装置包括注浆装置、注浆装样区和清洗装置；注浆装置包括空气压缩机和浆液桶，高压空气带动浆液桶内的超细水泥浆液进入注浆装样区底部；高压空气经过多个阀门后进入注浆区内两侧；注浆装样区为密封结构，注浆装样区包括浆液装填区、注浆区和金属空心圆柱夹具；裂隙岩石试样位于夹具中心孔处，从浆液桶流出的高压浆液从夹具下部的浆液装填区底端，以及夹具四周渗透的同时注满岩石试样；高压空气泵出清水，以清洗管道内残留的浆液至废物接收桶内。本实用新型通过“低位注浆，高位翻浆”观察岩石试样注浆效果，在注浆完成的同时及时清洗，避免浆液淤积，操作方便、注浆控制精确，且注浆效果好。

Description

高压渗透注浆加固裂隙岩石试样的实验测试装置

技术领域

本实用新型涉及深埋地下工程裂隙围岩高压注浆加固装置，尤其涉及一种高压渗透注浆加固裂隙岩石试样的实验测试装置。

背景技术

注浆加固技术在深埋洞室开挖施工过程中得到了广泛应用，明显提升了裂隙围岩的整体性与安全性，但是存在着高压注浆加固裂隙围岩承载能力及渗透性测试困难的关键技术问题，对地下工程围岩的稳定性与长期的安全性产生了重要影响，已经引起了地下工程界的高度关注和重视。因此需要开展一系列注浆加固裂隙岩体力学性质和渗透性测试实验，以检测裂隙岩体的注浆加固效果。

目前，国内已经出现了很多实验室注浆试验装置，但这些实验室注浆试验装置存在较多问题。比如，大多数注浆加固实验测试装置主要采用钻孔灌注的方法，该方法仅适用于少裂隙试样。而实际模拟过程中需要使用裂隙较多的试样，但多裂隙试样在钻孔过程中易发生结构破坏的情况，模拟过程中还需要考虑实际高压环境对注浆的影响，且注浆过程中需要精确监测实时注浆环境，确定试样注浆进度。因此有必要研制一种新的、能够给多裂隙岩石试样注浆以及注浆过程中监测注浆环境的注浆装置。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型提供一种高压渗透注浆加固裂隙岩石试样的实验测试装置，以解决现有技术中存在的不足之处。

技术方案：本实用新型高压渗透注浆加固裂隙岩石试样的实验测试装置，包括注浆装样区、注浆装置和清洗装置，注浆装置通过多个加压阀门控制气压大小；

注浆装置包括空气压缩机、加压管、注浆管和浆液桶，空气压缩机的高压空气经过加压管中的第六加压阀门、第七加压阀门后，带动浆液桶内的超细水泥浆液经过注浆管中的第九加压阀门和第三加压阀门，进入注浆装样区底部；高压空气经过加压管中的第六加压阀门、第五加压阀门、第二加压阀门和第一加压阀门后进入注浆区内两侧；

注浆装样区为密封结构，注浆装样区包括浆液装填区、注浆区和金属空心圆柱夹具；金属空心圆柱夹具位于浆液装填区和注浆区之间，金属空心圆柱底部和侧壁开设有孔，裂隙岩石试样位于夹具中心孔处，从浆液桶流出的高压浆液从夹具下部的浆液装填区底端以及夹具四周渗透的同时注满岩石试样；金属空心圆柱夹具顶部设有一个带第一气压表的密封盖；

清洗装置包括与空气压缩机连通的清水桶，以及废物接收桶，空气压缩机中的高压空气依次经过第六加压阀门、第七加压阀门后泵出清水桶中的清水，清水再经过第八加压阀门、第四加压阀门以清洗管道内残留的浆液至废物接收桶内。

金属空心圆柱夹具由三片120°带孔金属空心夹具单元组成。

第六加压阀门、第七加压阀门、第九加压阀门和第三加压阀门前端均设有气压表。

第二加压阀门和第一加压阀门位于金属空心圆柱夹具两侧。

第二加压阀门后端设有第三气压表，第一加压阀门后端设有第二气压表。

第四加压阀门前端设有第四气压表。

密封盖中心处为透明玻璃。

工作原理：本实用新型高压渗透注浆装置适用于在实验中，对加固裂隙岩石试样注浆的准确控制。该实验测试装置主要采用透过多孔金属夹具高压渗透注浆方式，并在仪器内设置气压表和透明密封盖实现对压力和注浆情况的监测。其中的注浆装置中，夹具采用120度带孔金属空心圆柱夹具，标准裂隙岩石试样位于该夹具的中心孔处；注浆仪器上方放置透明的密封盖，通过“低位注浆，高位翻浆”观察岩石试样注浆效果，判别注浆完成情况。

有益效益：本实用新型具有以下优点：

(1)通过带孔金属空心圆柱夹具从不同方向给岩石试样进行高压注浆，实现了多裂隙岩石试样的全方位注浆，避免了打孔注浆对裂隙岩石试样的进一步损伤，确保了注浆效果，保证了注浆的完全，为后续渗透特性与承载能力测试提供了效果优异的岩石试样；同时本实用新型便于装卸，操作简便。

(2)在注浆仪器内、阀门处设置气压表，气压表和阀门协同工作，便于精确控制实验装置，实时监测仪器内的注浆环境；并通过高压渗透注浆原理解决了多裂隙岩石注浆问题，达到了注浆效果最佳化，保证高压注浆的效率性和完备性。

(3)在注金属空心圆柱夹具上方放置透明密封盖，便于观察注浆情况，并结合气压表数据及时调整注浆方案，实现了对装置的可视化操作。

(4)本实用新型所使用的注浆管道皆为超细水泥浆管道，有利于控制气压大小，完成多裂隙岩石试样的高压注浆，在保证高压的前提下获得更多的经济效益。同时采用不同注浆环境方案并研究注浆产物，给实际注浆提供更多理论经验。

(5)本实用新型不仅可制备多裂隙围岩的岩石试样，还可测试不同环境下岩石试样注浆后的效果。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图；

图2为本实用新型的带孔金属夹具示意图；

图3为本实用新型的金属夹具包裹岩石试样示意图；

图4为本实用新型的透明密封盖示意图；

图5为本实用新型的浆液装填区示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括注浆装样区、注浆装置和清洗装置。

注浆装样区包括浆液装填区6、注浆区7和金属空心圆柱夹具5，该注浆装样区为注浆岩石试样形成密封性极好的密闭体系，保证注浆效果。其中注浆区7位于金属空心圆柱夹具5上方，金属空心圆柱夹具5顶部设有一密封盖26。

带孔金属空心圆柱夹具5由三片圆心角为120°的夹具单元固定而成，金属空心圆柱夹具5的侧面和底部开设有孔，以便浆液渗入。标准裂隙岩石试样位于夹具的中心孔处，利于从不同方向给岩石试样注浆，实现对多裂隙岩石试样的注浆效果。

注浆装置包括空气压缩机1，该空气压缩机连接注浆管、清洗管、加压管，为高压注浆及清洗管道提供气压。注浆装置中通过注浆阀门控制气压的大小，达到对浆液量的精确控制。

首先，空气压缩机1输出的高压空气经过第六加压阀门19、第七加压阀门21后，带动浆液桶3内的超细水泥浆液经过第九加压阀门25和第三加压阀门13后，从注浆装样区底部进入浆液装填区6内。

空气压缩机连接的加压管有两个分支，该两个分支同时从注浆装样区左右两侧稳定均匀加压，避免一个加压管加压导致浆液在浆液装填区形成浆液扰动，影响注浆效果。具体为，在浆液注满后，高压气体通过第六加压阀门19、第五加压阀门17后，分为两路，即经过第二加压阀门12和第一加压阀门9从金属空心夹具两侧的孔中渗入注浆区7内，以形成高压注浆环境。其中，在第六加压阀门19前端设有第六气压表18，在第五加压阀门17后端设有第五气压表16，在第二加压阀门12后端设有第三气压表11，第一加压阀门9后端设有第二气压表10，通过上述加压阀门控制气压的大小，达到对岩石试样注浆区气压的控制。

清洗装置中，空气压缩机中的高压空气依次经过第六加压阀门19，第七加压阀门21进而泵出清水桶2中的清水，然后清水经过第八加压阀门23和第四加压阀门15以清洗管道内残留的浆液至废物接收桶4中，避免堵塞管道，造成淤积。在第七加压阀门21前端设有第七气压表20，在第八加压阀门23前端设有第八气压表22，第九加压阀门25前端设有第九气压表24，第四加压阀门15前端设有第四气压表14。

多个管道进出口均设置有加压阀门和气压表，以对实验过程压力进行实时监测和控制，并判别注浆完成情况，保证注浆顺利进行。

本注浆装样区还在密封盖中心的透明玻璃27上方处增设一个第一气压表8，对观测注浆区7内气压变化及预测注浆是否完成提供依据。在注浆装样区，金属空心圆柱夹具包裹住待注浆岩石试样后，放在密闭注浆环境内，浆液泵入后，加压，浆液从下部和四周同时注满岩石试样，使得注浆更为完全，注浆过程中透过位于夹具5上方的透明玻璃盖结合气压表进行观察。

本实施例中的标注裂隙岩石试样尺寸为直径50mm，高度100mm。

本实用新型高压渗透注浆加固裂隙岩石试样的实验测试装置的注浆方法包括以下步骤：

步骤1：如图2、图3所示，首先使用三片圆心角为120°的夹具单元组成金属空心圆柱夹具5，包裹住制得的标准裂隙岩石试样，标准裂隙岩石试样位于夹具的圆孔中间处，并用钢箍套住，放入注浆仪器内，盖上密封盖26；此实施例中，该夹具的中心孔直径为50mm,深度为100mm；

步骤2：打开空气压缩机1，并打开第三加压阀门13、第六加压阀门19、第七加压阀门21和第九加压阀门25，通过浆液桶3将超细水泥浆液注入浆液装填区6。待到浆液充满后，关闭第三加压阀门13，第七加压阀门21,第九加压阀门25，打开第一加压阀门9，第二加压阀门12，第五加压阀门17，注入一段时间的高压气流，营造高压注浆环境；

步骤3：注浆过程中时刻观察第一气压表8的读数变化，该气压表用来测量夹具上部注浆区7中密封空气的压力大小。浆液未注满岩石试样时，第一气压表8的读数是不变化的。若第一气压表8的变化较大，并从中部透明的密封盖玻璃27观察到岩石试样上部出现翻浆现象，则说明注浆已经完毕；关闭第一加压阀门9，第二加压阀门12，第五加压阀门17，第六加压阀门19；

步骤4：4-5min后，打开第三加压阀门13，第四加压阀门15，放出装置内多余的空气，取出试样；之后，关闭第三加压阀门13，打开第六加压阀门19、第七加压阀门21、第八加压阀门23，清水桶2中的泵出清水清洗管道内残留的浆液至废物接收桶4处，直到泵出水不浑浊为止，注浆完毕。

Claims (7)

1.一种高压渗透注浆加固裂隙岩石试样的实验测试装置，其特征在于：包括注浆装样区、注浆装置和清洗装置，所述注浆装置通过多个加压阀门控制气压大小；

所述注浆装置包括空气压缩机(1)、加压管、注浆管、浆液桶(3)，所述空气压缩机的高压空气经过加压管中的第六加压阀门(19)、第七加压阀门(21)后，带动浆液桶内的超细水泥浆液经过注浆管中的第九加压阀门(25)和第三加压阀门(13)，进入注浆装样区底部；

所述高压空气经过加压管中的第六加压阀门(19)、第五加压阀门(17)、第二加压阀门(12)和第一加压阀门(9)后进入注浆区内两侧；

所述注浆装样区为密封结构，所述注浆装样区包括浆液装填区(6)、注浆区(7)和金属空心圆柱夹具(5)；所述金属空心圆柱夹具位于浆液装填区和注浆区之间，所述金属空心圆柱夹具底部和侧壁开设有孔，所述裂隙岩石试样位于夹具中心孔处，从浆液桶流出的高压浆液从夹具下部的浆液装填区(6)底端以及夹具四周渗透的同时注满岩石试样；所述金属空心圆柱夹具顶部设有一个带第一气压表(8)的密封盖(26)；

所述清洗装置包括与空气压缩机连通的清水桶(2)，以及废物接收桶(4)；所述空气压缩机中的高压空气依次经过第六加压阀门(19)、第七加压阀门(21)后泵出清水桶中的清水，所述清水再经过第八加压阀门(23)、第四加压阀门(15)以清洗管道内残留的浆液至废物接收桶内。

2.根据权利要求1所述的高压渗透注浆加固裂隙岩石试样的实验测试装置，其特征在于：所述金属空心圆柱夹具由三片120°带孔金属空心夹具单元组成。

3.根据权利要求1所述的高压渗透注浆加固裂隙岩石试样的实验测试装置，其特征在于：所述第六加压阀门、第七加压阀门、第九加压阀门和第三加压阀门前端均设有气压表。

4.根据权利要求1所述的高压渗透注浆加固裂隙岩石试样的实验测试装置，其特征在于：所述第二加压阀门(12)和第一加压阀门(9)位于金属空心圆柱夹具两侧。

5.根据权利要求1所述的高压渗透注浆加固裂隙岩石试样的实验测试装置，其特征在于：所述第二加压阀门后端设有第三气压表(11)，所述第一加压阀门后端设有第二气压表(10)。

6.根据权利要求1所述的高压渗透注浆加固裂隙岩石试样的实验测试装置，其特征在于：所述第四加压阀门前端设有第四气压表(14)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的高压渗透注浆加固裂隙岩石试样的实验测试装置，其特征在于：所述密封盖中心处为透明玻璃(27)。

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