本發(fā)明涉及一種適用于砂層滲透注漿的室內(nèi)模擬試驗系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

注漿法系將具有凝結(jié)能力的漿液注入松散地層或軟弱破碎圍巖中以填充、滲透、壓密等方式擠走空氣或水分，待漿液凝結(jié)后使被加固體形成一個抗?jié)B性能較好，強度較高的整體，以達到堵水并加固巖體或土體的目的。

其中針對滲透注漿理論，我國學者開展了一系列的大型模型試驗研究工作，獲得了一定的經(jīng)驗及成果，然而盲目地追求大型模型試驗一方面增加了影響實驗結(jié)果的各種不利因素引入的可能性，同時試驗裝置的可重復性差，試驗周期長，不便于進行大批次試驗組的開展，另外也造成了資源及人力不必要的浪費。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種適用于砂層滲透注漿的室內(nèi)模擬試驗系統(tǒng)及方法，本發(fā)明通過裝配式的裝置設(shè)計，從而以較小的經(jīng)費、時間及勞動力投入，進行砂層滲透性注漿性能的模擬試驗，便于取得較為理想的效果。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種適用于砂層滲透注漿的室內(nèi)模擬試驗系統(tǒng)，包括動力裝置、承壓儲漿桶、注漿管路和注漿試驗裝置，其中，所述動力裝置向承壓儲漿桶施加壓力，使得承壓儲漿桶內(nèi)的漿液通過注漿管路輸送至注漿試驗裝置；

所述注漿實驗裝置包括實驗架，所述實驗架具有一承載被注介質(zhì)的容納空間，所述容納空間上端具有注漿口，下端設(shè)置有排漿口，以測試壓入的漿液在被注介質(zhì)的滲透過程。

進一步的，所述動力裝置包括儲氣瓶和高壓管路，所述儲氣瓶通過高壓管路連通于承壓儲漿桶的頂端，儲氣瓶向承壓儲漿桶內(nèi)注射高壓氣體。

優(yōu)選的，所述氣體為氮氣。

進一步的，所述儲氣瓶壓力大于10mpa，瓶外設(shè)置氣壓調(diào)節(jié)閥控制輸出氣體壓力。同時可輔以承壓儲漿桶上設(shè)置的控壓填料閥門進行調(diào)控。

進一步的，所述承壓儲漿桶為具有高壓管路連接口的封閉空間，其頂部布設(shè)有壓力表。

進一步的，所述承壓儲漿桶采用鋼制圓桶，儲漿桶設(shè)置有可拆卸頂蓋，頂蓋與桶之間采用橡膠密封墊配合螺栓進行密封；承壓儲漿桶頂部中心開設(shè)高壓管連接口，并對稱布置壓力表及控壓填料閥門，儲漿桶外側(cè)設(shè)置球形閥門作為漿液出口。

進一步的，所述注漿管路包括設(shè)置于承壓儲漿桶底側(cè)的若干主支路和每個主支路上連通的若干分支路。

各主支路管尾端通過三通連接漿液出口處設(shè)置的橫向閥門所在支路，首端通過對絲三通相互連接，每兩個分支路與一個主支路節(jié)段組成一單元，呈預制可拼裝式，各單元由球形閥相互連接，可根據(jù)實際需要進行加裝或拆卸以滿足不同試驗組的要求。通過注漿管路的靈活變化，一次試驗可以連接多個注漿試驗裝置，進行不同的試樣體的實驗。

進一步的，所述注漿試驗裝置由頂蓋、中部承壓管和底盤三部件構(gòu)成，頂蓋的上方及底盤下方開口處均連接對絲及球形閥，頂蓋及底盤內(nèi)側(cè)同時設(shè)置環(huán)形凹槽，以作為中部承壓管的卡槽。

進一步的，所述中心承壓管內(nèi)部盛放待注漿砂樣，砂樣上方設(shè)置濾網(wǎng)，砂樣下方設(shè)置透水石，砂樣尺寸為標準試件尺寸；中心承壓管上下表面均成內(nèi)槽型，設(shè)置橡膠密封墊以保證裝置的密封性，注漿裝置各組件通過螺栓連接并緊固。

基于上述系統(tǒng)的工作方法，動力裝置向承壓儲漿桶施加壓力，使得承壓儲漿桶內(nèi)的預調(diào)制的漿液通過注漿管路輸送至注漿試驗裝置，直至漿液穿透注漿試驗裝置內(nèi)部的試樣體，記錄注漿時間并進行養(yǎng)護，待養(yǎng)護完畢后，將漿液替換為清水，重復試驗，記錄滲透過程所需時間和水量，計算滲透系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

1、各注漿管路可根據(jù)試驗安排進度批量化加工制作，成預制裝配式；可根據(jù)同一批次所需進行的試驗組數(shù)靈活控制注漿管工作段數(shù)，特別適合于各試驗組由單一變量來區(qū)分的試驗進行，實現(xiàn)多個試驗組同一時刻或同一時段注漿，因此試驗周期較短，試驗效率高。

2、一套設(shè)備多種用途，各注漿試驗裝置中被注試樣尺寸為標準試樣尺寸，既可完成注漿模擬試驗，又能進行后續(xù)的滲透性試驗，所得試樣亦可直接用于單軸抗壓試驗。同時該裝置的卡槽及凹槽設(shè)計能夠保證試驗過程中的氣密性達到要求。

3、設(shè)置多組球形閥門，便于試驗的及時操作控制，便于排除注漿過程中由于管路中殘余氣體對試驗效果的影響，便于進行較高輸出壓力的重新矯正，便于檢查整個試驗裝置管路是否暢通，以保證試驗的順利進行。

4、整個試驗系統(tǒng)采用模塊化的組裝方式，方便安裝與拆卸,可重復性強。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當限定。

圖1：滲透注漿模擬試驗原理圖；

圖2：注漿試驗裝置剖視圖；

圖3：注漿試驗裝置上部頂蓋及下部底盤平面圖；

圖4：注漿管路干路節(jié)段示意圖；

圖5：注漿管路支路末端示意圖；

圖6：承壓儲漿桶平面圖；

圖7：承壓儲漿桶剖面圖；

1——注漿試驗裝置，2——支路注漿管路，3——干路注漿管路，4——承壓儲漿桶，5——高壓軟管，6——高壓氮氣瓶，7——鋼制頂蓋，8——鋼制底盤，9——鋼制承壓管，10——螺桿，11——螺帽，12——4分對絲，13——球形閥門，14——活接，15——環(huán)形凹槽，16——橡膠制密封墊，17——注漿管路單元，18——三通，19——高壓注漿管，20——進氣口，21——壓力表，22——m3內(nèi)六角螺栓，23——環(huán)形橡膠密封墊圈。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

應(yīng)該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應(yīng)當理解的是，當在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1所示，試驗裝置由動力裝置、承壓儲漿桶、注漿管路、注漿試驗裝置四部分構(gòu)成。

注漿試驗裝置。注漿試驗裝置由頂部鋼制頂蓋、中部鋼制承壓管、底部鋼制底盤三部分構(gòu)成，頂蓋與底盤均為圓盤狀，中心開圓孔。頂蓋上方及底盤下方開口處連接對絲及球形閥，該閥門能夠保證注漿后缸筒內(nèi)維持注漿過程中恒定的壓力。為嚴密連接試驗裝置各部件，在頂蓋及底盤內(nèi)側(cè)同時設(shè)置環(huán)形凹槽，以作為中部承壓管的卡槽，方便與承壓管緊密連接。中心鋼制承壓管內(nèi)部盛放待注漿砂樣，砂樣上方設(shè)置濾網(wǎng)，防止松散的砂顆粒移動，砂樣下方設(shè)置透水石，限制砂樣的整體移動，同時為注漿過程中的自由水提供排泄通道。砂樣尺寸為標準試件尺寸，便于進行后續(xù)的單軸抗壓試驗及滲透試驗。鋼制承壓管上下表面均成內(nèi)槽型，在與上頂蓋、下底盤接觸位置設(shè)置橡膠密封墊以保證裝置的密封性，注漿裝置各組件通過螺栓連接并緊固。注漿過程中漿液由上部頂蓋進入砂層中，注漿過程中多余的水分通過下部底盤排出。

注漿管路。注漿管路由干路注漿管和支路注漿管裝置構(gòu)成，一般為每兩個支路管聯(lián)合一個干路節(jié)段組成一單元，成預制可拼裝式，中間由球形閥連接，可根據(jù)同批次需要進行的實驗組數(shù)進行單元的加裝或拆卸，以滿足不同目的的試驗要求，可模擬不同工況試驗組在一次注漿總量下的試驗情況，提高試驗效率。在各支路注漿管末端設(shè)置一個橫向閥門，以便確定試驗過程中有無管路堵塞情況，并且可以排出管中初始殘留的空氣以免影響實驗結(jié)果。支路注漿管末端與試驗裝置通過活接連接。

承壓儲漿桶。承壓儲漿桶采用鋼制圓桶，儲漿桶設(shè)置有可拆卸頂蓋，方便注漿結(jié)束后對桶內(nèi)進行清理，頂蓋與桶之間采用橡膠密封墊配合螺栓進行密封；承壓儲漿桶頂部與高壓軟管連接，頂蓋部位對稱布置壓力表及控壓填料閥門，方便漿液的填入，實時監(jiān)測注漿壓力以及進行桶內(nèi)壓力的微調(diào)整，從而保證流入試驗架壓力的穩(wěn)定性及均勻性；儲漿桶內(nèi)下部為漿液，上部為氮氣。試驗時氮氣瓶輸出的空氣壓力轉(zhuǎn)換為漿液壓力，為注漿過程提供動力。

動力裝置。動力裝置采用壓縮氮氣瓶提供注漿動力，壓縮氮氣瓶為已有裝置，其中所儲存的氮氣壓力大于10mpa，瓶外設(shè)置氣壓調(diào)節(jié)閥控制輸出氮氣壓力，其輸出壓力最大可達到3mpa，而對于其中任意度量的壓力都能進行較為精確的輸出，同時對于超過需要的壓力值可輔以儲漿桶上的控壓填料閥門進行調(diào)控。

一種滲透注漿室內(nèi)模擬試驗系統(tǒng)試驗方法，包括以下步驟：

(1)組裝注漿試驗裝置。將鋼制承壓管底部放入透水石，透水石的作用體現(xiàn)在兩個方面，一方面限制砂樣的整體移動，另一方面為注漿過程中的自由水提供排泄通道。后布置橡膠圈與下部鋼制底盤連接。根據(jù)試驗所需的顆粒級配，密實度等指標所確定的填筑每個承壓管模具鋼管(直徑5cm，高10cm)所需的級配砂及粘性土的用量，填料，分層壓實。之后在填料頂部放置濾網(wǎng)，防止松散的砂顆粒移動。最后，鋼質(zhì)承壓管頂部鋪設(shè)橡膠墊，并與上頂板緊密連接，由螺桿將鋼制承壓管與上頂蓋、下底盤連接并緊固。底蓋下部閥門保持打開狀態(tài)。頂蓋上部暫時處于關(guān)閉狀態(tài)。將組裝好的注漿試驗裝置放置于試驗臺架上。

(2)接連注漿管路與各注漿試驗裝置。根據(jù)實際需求確定注漿管路單元節(jié)數(shù)，并依次連接各節(jié)段。然后依順序?qū)⒆{管路與各注漿試驗裝置通過活接緊密連接，并將各注漿管末端閥門打開。完成后將防護篷布包裹于試驗架側(cè)壁。

(3)將注漿桶蓋與桶體通過六角螺栓連接，在連接處設(shè)置橡膠墊。

(4)將注漿支路管路首端與儲漿桶通過活接緊密連接，并關(guān)閉注漿桶底部閥門。

(5)根據(jù)試驗需要，調(diào)制一定水灰比的水泥漿液。待漿液充分攪拌后，將漿液由填料閥門通過漏斗引入儲漿桶內(nèi)。

(6)關(guān)閉填料閥門，將儲漿桶與氮氣瓶通過高壓軟管連接，并確定其氣密性滿足要求。完成試驗前各部件的連接工作。

(7)根據(jù)試驗需要確定注漿管干路段上所需打開的閥門數(shù)。(如12號試件需要壓力0.5mpa，34號試件需要壓力1mpa，則應(yīng)先關(guān)閉2號與3號之間的閥門，繼續(xù)升壓穩(wěn)定后再打開)

(8)打開氮氣瓶，使其提供的氣壓進入儲漿桶。

(9)待注漿桶頂部壓力表顯示氣壓穩(wěn)定于所需值時，打開注漿桶底部閥門，使?jié){液流入各實驗裝置內(nèi)，觀察各注漿管尾部閥門出漿后立即關(guān)閉該閥門。

(10)觀察各試驗裝置底部閥門，有水滴出時即表明漿液已傳統(tǒng)整個試樣體，關(guān)閉注漿裝置下方閥門，并開始記錄時間。

(11)根據(jù)試驗要求依次完成同批次其他試驗裝置的注漿過程。

(12)待達到要求的注漿時間，即關(guān)閉各注漿裝置上方閥門，注漿過程結(jié)束。

(13)模擬試驗結(jié)束，進行各連接件的拆卸工作。各注漿試驗裝置保持密閉狀態(tài)放入養(yǎng)護箱中養(yǎng)護。

(14)滲透試驗：待養(yǎng)護到額定天數(shù)后，取出各試驗裝置，并拆卸各裝置的頂蓋及底盤部分，疏通并清洗上下閥門后，與中心管重新連接。

(15)向注漿桶內(nèi)注入清水，重新將各部件依次連接完整。在各試件的試驗裝置下放置量筒。

(15)打開氮氣閥門，待儲漿桶內(nèi)壓力為1mpa時保持穩(wěn)定，打開各分流管路閥門及各注漿裝置上下閥門。

(16)打開儲漿桶底部閥門，待各注漿試驗裝置底部閥門水滴均勻后開始記錄時間和水量。

(17)計算滲透系數(shù)，完成滲透試驗。

(18)單軸抗壓試驗：將試件完整脫模，即得單軸抗壓試驗標準試樣。

(19)在壓力機上進行抗壓試驗，并繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線及應(yīng)力-時間曲線，完成抗壓試驗。

本發(fā)明中的氮氣瓶為現(xiàn)有設(shè)備，在此不再贅述。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。