CN213632993U - 一种真三轴松散岩土介质劈裂注浆试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种真三轴松散岩土介质劈裂注浆试验装置，包括设置有长方体土样的压力室，压力室包括上法兰盘、筒体和下法兰盘，上法兰盘和下法兰盘上分别设置有注浆孔和排水孔，长方体土样顶部和侧壁分别设置有轴向复合传力板和水平复合传力板，轴向复合传力板上设置有注浆孔导管和轴向活塞导管，水平复合传力板设置有水平活塞导管、线缆导管和水平加载活塞导管；长方体土样侧面设置有无底橡胶筒包裹，长方体土样两端设置有与橡胶筒相匹配的橡胶帽，橡胶筒上设置有线缆导管。本实用新型结构简单，使用方便，能够较好的模拟实际环境条件进行劈裂注浆试验，有效解决了现有技术中劈裂注浆环境条件模拟困难和试验结果不准确等问题。
Description
技术领域
本实用新型属于岩土工程技术领域，具体涉及到一种真三轴松散岩土介质劈裂注浆试验装置。
背景技术
岩土工程中，破碎岩土以及松散土体(统称松散介质)往往具有很强的渗透性和很差的完整性，是地下工程水害和变形坍塌的重要原因；经常发生围岩变形大、涌水量大等问题，甚至会发生突水突泥灾害，造成巨大的人员财产损失。为实现防渗和加固目的，需要对这种松散介质进行劈裂注浆处理，以提高其完整度和力学强度，降低渗透性。
实际工程中，被劈裂注浆的土体往往处于一定地应力环境中，而这种地应力条件则会影响土体的孔隙特性，从而对劈裂注浆机制产生影响。而在研究劈裂注浆机理时，被注浆的松散岩土试样制作，需要考虑现场土体环境条件的影响。但现有的试验装置并不能很好的模拟土体环境，为试验的进行造成阻碍，也影响了试验结果的准确性，并不能为实际的应用提供准确的理论依据。因此急需一种真三轴松散介质劈裂注浆试验装置。
实用新型内容
针对上述不足，本实用新型提供一种真三轴松散岩土介质劈裂注浆试验装置，结构简单，使用方便，能够较好的模拟实际环境条件进行劈裂注浆试验，有效解决了现有技术中劈裂注浆环境条件模拟困难和试验结果不准确等问题。
为实现上述目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种真三轴松散岩土介质劈裂注浆试验装置，包括设置有长方体土样的压力室，压力室包括从上到下依次设置的高压密封的上法兰盘、筒体和下法兰盘，上法兰盘和下法兰盘上分别设置有注浆孔和排水孔，长方体土样顶部和侧壁分别设置有轴向复合传力板和水平复合传力板，轴向复合传力板上设置有注浆孔导管和轴向活塞导管，水平复合传力板设置有水平活塞导管、线缆导管和水平加载活塞导管，压力室壁上设置有与轴向复合传力板和水平复合传力板相对应的通孔；长方体土样侧面设置有无底橡胶筒包裹，长方体土样两端设置有与橡胶筒相匹配的橡胶帽，橡胶筒上设置有线缆导管，橡胶帽上设置有与注浆孔和排水孔相对应的通孔。
本实用新型的有益效果是：在试验时，将现场土干燥粉碎后，然后按现场土的含水率、密度等物理性质分成填筑在无底橡胶筒和橡胶帽中，橡胶筒和橡胶帽之间采用环氧树脂等粘结剂密封，橡胶筒侧面留有供传感器线缆通过的线缆导管，用于传输传感器信号，而两端的橡胶帽上留有通孔，用于注浆孔和排水孔的通过；长方体土样顶部和侧壁分别设置有轴向复合传力板和水平复合传力板，轴向复合传力板上的轴向活塞导管用于施加最大主应力，水平复合传力板用于施加水平方向的应力，线缆导管的主要功能为将土体内预埋传感器线缆导出压力室外进行监测信号采集，水平加载活塞导管的主要功能为在压力室外向试样施加小主应力；压力室整体呈圆筒形，包括上法兰盘、筒体和下法兰盘，相互之间密封设置，压力室壁上设置有与轴向复合传力板和水平复合传力板相对应的通孔，即上法兰盘上设置有与上端的橡胶帽上注浆孔导管和轴向活塞导管相对应的导管或通孔，而筒体侧壁上也设置有与水平活塞导管、线缆导管和水平加载活塞导管相对应的导管，用于导出线缆和施加应力等；长方体表面包裹橡胶套的目的在于，防止施加应力时，压力室内的液体进入长方体土样而改变其物理力学性质，同时橡胶套可允许试样根据试验条件产生一定程度的自由变形。本装置能够对长方体土样施加真三轴荷载，很好的模拟实际土体环境，进行劈裂注浆试验，所得结果准确度较高，能够为注浆的实际应用提供参考，有效解决了现有技术中劈裂注浆环境条件模拟困难和试验结果不准确等问题。
进一步，长方体土样外部包裹有密封橡胶套，长方体土样上表面中心至几何中心处设置有钻孔，钻孔内设置有高强钢管，高强钢管底部预留有20mm裸孔，长方体土样内还设置有若干预埋传感器。
采用上述进一步方案的有益效果是：长方体土样上表面至集合中心处的钻孔中插入高强钢管，用于模拟注浆孔，高强钢管底部并不直接位于中心处，而留有一段20mm的裸孔作为试验段，高强钢管与钻孔之间同样采用适当的粘结剂粘结密封，保持整个土样的密封性能；在长方体土样内设置有土压力、渗透压力、位移等预埋传感器，用于测量劈裂注浆试验过程中的土压力、渗透压力等的变化，便于后续分析的进行。
进一步，轴向复合传力板和水平复合传力板包括高强钢板和柔性橡胶层，高强钢板和柔性橡胶层之间设置有压力传感器。
采用上述进一步方案的有益效果是：各方向主动加载的应力都是通过传力板均匀地施加在长方体土样上，与长方体土样的接触面采用柔性橡胶层，允许在土样上表面发生一定程度的位移，压力传感器的设置是为了测量各应力的大小。
进一步，筒体材质为有机玻璃或45号钢。
采用上述进一步方案的有益效果是：有机玻璃或45号钢制成的筒体能够满足试验时对高压密封性等方面的要求，通过协助围压加载，能够保证劈裂注浆试验的有序进行，且原料易得，能够降低装置的制造成本。
进一步，上法兰盘和下法兰盘分别与筒体通过紧固螺栓、密封圈和挡环密封连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：上法兰盘和下法兰盘分别与筒体通过密封圈等连接，固定牢靠，实现高压密封。
进一步，下法兰盘设置在底座上。
进一步，筒体下部设置有透水石和橡胶垫片。
进一步，长方体土样尺寸为0.4m×0.4m×0.6m，筒体直径为0.7m，高为0.7m。
附图说明
图1为压力室的示意图；
图2为长方体土样的示意图；
图3为筒体的示意图；
图4为上法兰盘的示意图；
图5为下法兰盘的示意图；
图6为橡胶筒的示意图；
图7为复合传力板的示意图；
图8为三向应力加载示意图；
其中，1、上法兰盘；2、筒体；3、下法兰盘；4、密封钢架；5、高强钢管；6、预埋传感器；7、紧固螺栓；8、轴向复合传力板；9、注浆孔导管；10、轴向活塞导管；11、水平活塞导管；12、线缆导管；13、水平加载活塞导管；14、水平复合传力板；15、透水石；16、橡胶垫片；17、注浆孔；18、底座；19、排水孔；20、橡胶筒；21、橡胶帽；22、高强钢板；23、柔性橡胶层。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
本实用新型的一个实施例中，如图1-8所示，提供了一种真三轴松散岩土介质劈裂注浆试验装置，包括设置有长方体土样的压力室，长方体土样尺寸为0.4m×0.4m×0.6m，筒体2直径为0.7m，高为0.7m，压力室包括从上到下依次设置的高压密封的上法兰盘1、筒体2和下法兰盘3，下法兰盘3设置在底座18上，筒体2下部设置有透水石15和橡胶垫片16，上法兰盘1和下法兰盘3上分别设置有注浆孔17和排水孔19，长方体土样顶部和侧壁分别设置有轴向复合传力板8和水平复合传力板14，轴向复合传力板8上设置有注浆孔导管9和轴向活塞导管10，水平复合传力板14设置有水平活塞导管11、线缆导管12和水平加载活塞导管13，压力室壁上设置有与轴向复合传力板8和水平复合传力板14相对应的通孔；长方体土样侧面设置有无底橡胶筒20包裹，长方体土样两端设置有与橡胶筒20相匹配的橡胶帽21，橡胶筒20上设置有线缆导管12，橡胶帽21上设置有与注浆孔17和排水孔19相对应的通孔。在试验时，将现场土干燥粉碎后，然后按现场土的含水率、密度等物理性质分成填筑在无底橡胶筒20和橡胶帽21中，橡胶筒20和橡胶帽21之间采用环氧树脂等粘结剂密封，橡胶筒20侧面留有供传感器线缆通过的线缆导管12，用于传输传感器信号，而两端的橡胶帽21上留有通孔，用于注浆孔17和排水孔19的通过；长方体土样顶部和侧壁分别设置有轴向复合传力板8和水平复合传力板14，轴向复合传力板8上的轴向活塞导管10用于施加最大主应力，水平复合传力板14用于施加水平方向的应力，线缆导管12的主要功能为将土体内预埋传感器6线缆导出压力室外进行监测信号采集，水平加载活塞导管13的主要功能为在压力室外向试样施加小主应力；压力室整体呈圆筒形，包括上法兰盘1、筒体2和下法兰盘3，相互之间密封设置，压力室壁上设置有与轴向复合传力板8和水平复合传力板14相对应的通孔，即上法兰盘1上设置有与上端的橡胶帽21上注浆孔导管9和轴向活塞导管10相对应的导管或通孔，而筒体2侧壁上也设置有与水平活塞导管11、线缆导管12和水平加载活塞导管13相对应的导管，用于导出线缆和施加应力等。本装置能够对长方体土样施加真三轴荷载，很好的模拟实际土体环境，进行劈裂注浆试验，所得结果准确度较高，能够为注浆的实际应用提供参考，有效解决了现有技术中劈裂注浆环境条件模拟困难和试验结果不准确等问题。
长方体土样外部包裹有橡胶套，长方体土样上表面中心至几何中心处设置有钻孔，钻孔内设置有高强钢管5，高强钢管5底部预留有20mm裸孔，长方体土样内还设置有若干预埋传感器6；长方体土样上表面至集合中心处的钻孔中插入高强钢管5，用于模拟注浆孔17，高强钢管5底部并不直接位于中心处，而留有一段20mm的裸孔作为试验段，高强钢管5与钻孔之间同样采用适当的粘结剂粘结密封，保持整个土样的密封性能；在长方体土样内设置有土压力、渗透压力、位移等预埋传感器6，用于测量劈裂注浆试验过程中的土压力、渗透压力等的变化，便于后续分析的进行。轴向复合传力板8和水平复合传力板14包括高强钢板22和柔性橡胶层23，高强钢板22和柔性橡胶层23之间设置有AST2000H2型压力传感器；各方向主动加载的应力都是通过传力板施加在长方体土样上，与长方体土样的接触面采用柔性橡胶层23，允许在土样上表面发生一定水平的位移和变形，压力传感器的设置是为了测量各应力的大小。筒体2材质为有机玻璃或45号钢；有机玻璃或45号钢制成的筒体2能够满足使用时对强度和密封性等方面的要求，能够保证劈裂注浆试验的有序进行，且原料易得，能够降低装置的制造成本。上法兰盘1和下法兰盘3分别与筒体2通过紧固螺栓7、密封圈和挡环密封连接；上法兰盘1和下法兰盘3分别与筒体2通过密封圈等连接，固定牢靠，实现高压密封。
在试验时，可加载真三轴应力，除长方体试样底面为被动加载外，其余5个面为主动加载，如图7所示。
最小主应力σ3加载：施加三向应力时，首先施加最小主应力σ3，先向压力室侧壁的液压加载导管，向压力室内充满一定压力的液体，使土样三个方向均承受相同压力，该液压力即最小主应力σ3。
最大主应力σ1加载：通过上法兰盘1的轴向活塞和轴向复合传力板8，向土样上端面施加最大主应力σ1；其中土样下端面固定放置在底座18上，为被动加载。通过活塞施加压力为差值σ1—σ3。
中主应力σ2加载：通过压力室侧壁的活塞导管，利用一对水平向活塞和水平复合传力板14向压力室内的土样，施加中间主应力σ2，通过活塞施加压力为差值σ1—σ2；加载时，两侧油缸应同时等量加载。
采用上述能够实现劈裂注浆试验过程中真三轴应力的独立加载，能够较好的模拟实际环境条件进行劈裂注浆试验，有效解决了现有技术中劈裂注浆环境条件模拟困难和试验结果不准确等问题。
虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (7)
1.一种真三轴松散岩土介质劈裂注浆试验装置，其特征在于，包括设置有长方体土样的压力室，所述压力室包括从上到下依次设置的上法兰盘(1)、筒体(2)和下法兰盘(3)，所述上法兰盘(1)和所述下法兰盘(3)上分别设置有注浆孔(17)和排水孔(19)，所述长方体土样顶部和侧壁分别设置有轴向复合传力板(8)和水平复合传力板(14)，所述轴向复合传力板(8)上设置有注浆孔导管(9)和轴向活塞导管(10)，所述水平复合传力板(14)设置有水平活塞导管(11)、线缆导管(12)和水平加载活塞导管(13)，所述压力室壁上设置有与所述轴向复合传力板(8)和所述水平复合传力板(14)相对应的通孔；所述长方体土样侧面设置有无底橡胶筒(20)包裹，所述长方体土样两端设置有与所述橡胶筒(20)相匹配的橡胶帽(21)，所述橡胶筒(20)上设置有线缆导管，所述橡胶帽(21)上设置有与所述注浆孔(17)和排水孔(19)相对应的通孔。
2.如权利要求1所述的真三轴松散岩土介质劈裂注浆试验装置，其特征在于，所述长方体土样外部包裹有橡胶套(4)，所述长方体土样上表面中心至几何中心处设置有钻孔，所述钻孔内设置有高强钢管(5)，所述高强钢管(5)底部预留有20mm裸孔，所述长方体土样内还设置有若干预埋传感器(6)。
3.如权利要求1所述的真三轴松散岩土介质劈裂注浆试验装置，其特征在于，所述轴向复合传力板(8)和水平复合传力板(14)包括高强钢板(22)和柔性橡胶层(23)，所述高强钢板(22)和柔性橡胶层(23)之间设置有压力传感器。
4.如权利要求1所述的真三轴松散岩土介质劈裂注浆试验装置，其特征在于，所述筒体(2)材质为有机玻璃或45号钢。
5.如权利要求1所述的真三轴松散岩土介质劈裂注浆试验装置，其特征在于，所述上法兰盘(1)和下法兰盘(3)分别与筒体(2)之间通过紧固螺栓(7)、密封圈和挡环密封连接。
6.如权利要求1所述的真三轴松散岩土介质劈裂注浆试验装置，其特征在于，所述下法兰盘(3)设置在底座(18)上。
7.如权利要求1所述的真三轴松散岩土介质劈裂注浆试验装置，其特征在于，所述筒体(2)下部设置有透水石(15)和橡胶垫片(16)。
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| CN109752247A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-05-14 | 北京交通大学 | 一种用于泥水劈裂试验排气的注浆装置及注浆方法 |
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| CN109752247A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-05-14 | 北京交通大学 | 一种用于泥水劈裂试验排气的注浆装置及注浆方法 |
| CN109752247B (zh) * | 2019-01-22 | 2024-03-01 | 北京交通大学 | 一种用于泥水劈裂试验排气的注浆装置及注浆方法 |
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