專利名稱：模擬復(fù)雜應(yīng)力作用下室內(nèi)灌漿試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
模擬復(fù)雜應(yīng)力作用下室內(nèi)灌漿試驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于深部巖土工程領(lǐng)域，具體涉及一種巖土體在不同應(yīng)力水平、不同水壓作用下的灌漿試驗(yàn)裝置，主要用于解決深部巖土工程領(lǐng)域中由于復(fù)雜應(yīng)力和地下水壓力耦合作用下巖土體灌漿工程中漿液擴(kuò)散半徑與灌漿后結(jié)石體滲透系數(shù)值，及其與巖土體介質(zhì)結(jié)構(gòu)、灌漿壓力、灌漿時(shí)間、水灰比，漿液粘度等參數(shù)之間函數(shù)關(guān)系的研究。
背景技術(shù)：
[0002]漿液擴(kuò)散半徑與灌漿后結(jié)石體滲透系數(shù)是反映灌漿效果的重要指標(biāo)，它直接影響灌漿孔孔距的布置與防滲加固效果，不僅受到巖土體介質(zhì)結(jié)構(gòu)、灌漿壓力、注漿時(shí)間、水灰t匕，漿液粘度等不同程度的影響，還要考慮巖土體受不同應(yīng)力水平、不同水壓作用的影響，是國際巖土體防滲加固的熱門課題之一，也是核廢料地下處置、地下能源儲(chǔ)存、地下二氧化碳儲(chǔ)存、地?zé)衢_發(fā)、石油開采、水利水電，核電、邊坡、銅室等眾多與灌漿工程相關(guān)巖石工程的最基礎(chǔ)性研究課題。若灌漿失敗，則不僅浪費(fèi)大量的人力物力，且會(huì)危及人員財(cái)產(chǎn)安全，污染環(huán)境與地下水資源等。目前，現(xiàn)場試驗(yàn)投入的人力物力大，且僅是為現(xiàn)場施工提供試探性的定性試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)極少，遠(yuǎn)不能全面研究；室內(nèi)試驗(yàn)多是利用臨時(shí)拼湊的設(shè)備做一些簡單的研究，很不成熟，人工操作，功能單一，且沒有考慮復(fù)雜應(yīng)力的影響等，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的缺乏(特別是全面、綜合的試驗(yàn)數(shù)據(jù))不僅限制了巖土體灌漿理論體系的發(fā)展，而且嚴(yán)重制約了巖土體介質(zhì)中固、液、氣相互作用與多場藕合的灌漿模型以及巖土體灌漿理論的發(fā)展以及預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確性。故亟需一種模擬復(fù)雜應(yīng)力作用下室內(nèi)灌漿試驗(yàn)的裝置及其試驗(yàn)方法，來有效地填補(bǔ)這方面的空白。發(fā)明內(nèi)容[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種對巖土體在不同應(yīng)力水平、不同水壓作用下，漿液擴(kuò)散半徑與灌漿后結(jié)石體滲透系數(shù)及其與相關(guān)灌漿參數(shù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測和監(jiān)測的試驗(yàn)裝置，以克服己有技術(shù)中存在的不考慮試樣復(fù)雜應(yīng)力水平，測試時(shí)間長、可靠性低、試驗(yàn)數(shù)據(jù)精度低、使用不便，功能單一，花費(fèi)大等缺點(diǎn)。[0004]本實(shí)用新型的目的是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:該模擬復(fù)雜應(yīng)力作用下室內(nèi)灌漿試驗(yàn)裝置，它包括底座，底座與安裝其上的圓筒形有機(jī)玻璃密封罩以及上蓋形成一個(gè)密封的周圍壓力室，圍壓管從底座一側(cè)穿過與周圍壓力室聯(lián)通，其外端與周圍壓力系統(tǒng)連接；圓柱形的巖土試樣固定于周圍壓力室的底座中心上，巖土試樣上、下面分別設(shè)有上透水石和下透水石，巖土試樣外面包裹有橡皮膜；上透水石上面設(shè)有加壓塞，加壓塞連接有傳力桿，傳力桿密封穿過上蓋中心與軸向加壓裝置連接，軸向加壓裝置安裝于反力架上；反壓力管從底座一側(cè)穿過進(jìn)入周圍壓力室后，再穿過加壓塞與上透水石連接，反壓力管的外端與反壓力系統(tǒng)連接；在巖土試樣軸心設(shè)有灌漿濾管，灌漿濾管上端封閉，下端于下透水石處與灌漿管聯(lián)通，巖土試樣與灌漿濾管處于密封環(huán)境；灌漿管從底座一側(cè)穿出依次與壓力傳感器、流量計(jì)、灌漿泵和漿桶連接，在壓力傳感器之前的灌漿管上設(shè)有管道接頭。[0005]更進(jìn)一步，為便于控制，在所述圍壓管和反壓力管上設(shè)有閥門。[0006]在所述灌漿泵與流量計(jì)之間的灌漿管與漿桶通過一根短路管連接，短路管上設(shè)有閥門。當(dāng)打開短路管上的閥門時(shí)，多余的漿液回流到漿桶中。[0007]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):[0008](I)可開展不同應(yīng)力水平、不同種類漿液(包括水泥漿液，化學(xué)漿液，多種攙和料的漿液等)、不同水壓力耦合作用下巖土體的灌漿試驗(yàn)?？烧鎸?shí)模擬深部巖土工程中由于復(fù)雜應(yīng)力和地下水壓力耦合作用下巖土體灌漿中漿液擴(kuò)散半徑與灌漿后結(jié)石體滲透系數(shù)值。[0009](2)可開展復(fù)雜應(yīng)力條件下巖土體灌漿中漿液擴(kuò)散半徑與灌漿后結(jié)石體滲透系數(shù)與巖土體介質(zhì)結(jié)構(gòu)、灌漿壓力、灌漿時(shí)間、水灰比與漿液黏度等參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系的研究。[0010](3)由于對巖土試樣側(cè)壁米取柔性排水方式,有別于現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)試樣排水方法，使得本實(shí)用新型可很好的解決水泥土試樣側(cè)壁排水問題，對試樣外表面存在粗糙和不平整也不影響排水效果。[0011](4)由于對巖土樣中間的灌漿孔布置柔性濾管，有別于現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)試樣灌漿方法，使得本實(shí)用新型可很好的解決巖土試樣灌漿孔內(nèi)壁灌漿界面問題，避免了灌漿或注水過程中孔壁造成沖刷、塌落等影響。[0012](5)由于對反壓力系統(tǒng)不僅能提供反壓力及穩(wěn)定反壓力功能，且在不需要壓力的時(shí)候反壓力管道也可接通大氣壓具排氣功能，縮短試驗(yàn)所需時(shí)間，使之便捷、可靠和準(zhǔn)確。


[0013]圖1是本實(shí)用新型灌漿試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0014]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。[0015]參見圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例的灌漿試驗(yàn)裝置包括底座20，底座20與安裝其上的圓筒形有機(jī)玻璃密封罩13以及上蓋12形成一個(gè)密封的周圍壓力室14。圍壓管17從底座20的左側(cè)穿過與周圍壓力室14聯(lián)通，其外端與周圍壓力系統(tǒng)16連接，在圍壓管17上設(shè)有閥門23。圓柱形的巖土試樣5固定于周圍壓力室14的底座20中心上,巖土試樣5的上、下面分別設(shè)有上透水石701和下透水石702，巖土試樣5外面包裹有橡皮膜6。上透水石701上面設(shè)有加壓塞8，加壓塞8連接有傳力桿11，傳力桿11密封穿過上蓋12的中心與軸向加壓裝置10連接，軸向加壓裝置10安裝于反力架9上。反壓力管15從底座20的左側(cè)穿過進(jìn)入周圍壓力室14后，再穿過加壓塞8與上透水石701連接，反壓力管15的外端與反壓力系統(tǒng)21連接，在反壓力管15上設(shè)有閥門24。在巖土試樣5的軸心處設(shè)有灌漿濾管4，灌漿濾管4上端封閉，下端于下透水石702處與灌漿管3聯(lián)通，巖土試樣5與灌漿濾管4處于密封環(huán)境。灌漿管3從底座20的右側(cè)穿出依次與壓力傳感器19、流量計(jì)18、灌漿泵2和漿桶I連接，在壓力傳感器19之前的灌漿管3上設(shè)有管道接頭22。灌漿泵2與流量計(jì)18之間的灌漿管3與漿桶I通過一根短路管連接，短路管上設(shè)有閥門25。[0016]基于圖1所示模擬復(fù)雜應(yīng)力作用下室內(nèi)灌漿試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法如下:[0017](I)將巖土試樣5與其軸心的灌漿濾管4安裝在周圍壓力室14的底座20中心上，沿巖土試樣5外壁長度方向均勻貼若干濾紙條后,再包裹橡皮膜6 ;巖土試樣5的上、下面分別安裝上透水石701和下透水石702，橡皮膜6與底座20的中心凸塊和上透水石701用橡皮筋扎緊，使巖土試樣5與灌漿濾管4置于密封環(huán)境；安裝上蓋12及有機(jī)玻璃密封罩13后，將加壓塞8壓住并固定巖土試樣5與灌漿濾管4 ；[0018](2)通過周圍壓力系統(tǒng)16及圍壓管17給巖土試樣5周圍的周圍壓力室14注滿水，并施加壓力C3 ；[0019](3)若試驗(yàn)設(shè)計(jì)不要求巖土試樣中有水壓力，則反壓力管15接通大氣壓，若試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求巖土試樣中有水壓力存在，則通過反壓力系統(tǒng)21及反壓力管15給巖土試樣施加一定的水壓力Pw，并在試驗(yàn)過程中保持穩(wěn)定；[0020](4)通過軸向加壓裝置10、傳力桿11和加壓塞8給巖土試樣5施加主應(yīng)力差A(yù)c，則垂直方向的主應(yīng)力C, =C3- Ac ；[0021](5)通過灌漿泵2、灌漿管3及灌漿濾管4在一定灌漿壓力P作用下把一定水灰比的水泥衆(zhòng)液灌注入巖土試樣5中，形成一定擴(kuò)散半徑R的注衆(zhòng)體，衆(zhòng)液擴(kuò)散半徑R小于巖土試樣5的半徑，同時(shí)通過壓力傳感器19和流量計(jì)18分別記錄相應(yīng)的灌漿壓力P和灌漿量V；[0022](6)卸去灌漿壓力，旋開管道接頭22，斷開灌漿管3與灌漿泵2等其它設(shè)備的連接，在灌漿管3與灌漿濾管4內(nèi)插入沖水管沖洗里面的殘余漿液，14天以后，重新接通管道接頭22，使灌漿管3與灌漿泵2等其它設(shè)備重新連接，通過灌漿泵2、灌漿管3及灌漿濾管4在一定壓力Pw作用下向巖土試樣中壓水，待壓水呈穩(wěn)定狀態(tài)的流量Q，通過壓力傳感器19與流量計(jì)18分別記錄相應(yīng)的水壓力Pw與穩(wěn)定流量Q ；[0023](7)根據(jù)達(dá)西定律與水利水電工程鉆孔壓水試驗(yàn)規(guī)程SL31-2003，采用q=Q/L -Pw,計(jì)算巖土試樣的透水率；式中，q為試樣的透水率，單位是Lu ；L為試樣的長度，單位是m ；Q為穩(wěn)定流量，單位是L/min ；PW為試驗(yàn)壓力，單位是Mpa ；[0024](8)卸去軸向主應(yīng)力差Λ c，通過軸向加壓裝置10、傳力桿11使加壓塞8上移，然后通過周圍壓力系統(tǒng)16卸去周圍的壓力C3，通過圍壓管17排除周圍壓力室14內(nèi)的水，取出巖土試樣5，測量漿液擴(kuò)散半徑R ；[0025](9)采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)安排中的不同的巖土試樣，采用不同的灌漿壓力、水灰比、軸向應(yīng)力C1以及周圍壓力C3，按照步驟(I)至步驟(8)重復(fù)進(jìn)行，將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)處理與分析，得出漿液擴(kuò)散半徑與灌漿后透水率與介質(zhì)結(jié)構(gòu)即孔隙度和滲透系數(shù)，灌漿壓力，注漿時(shí)間，水灰比等參數(shù)在復(fù)雜應(yīng)力條件下的函數(shù)關(guān)系式。
權(quán)利要求1.一種模擬復(fù)雜應(yīng)力作用下室內(nèi)灌漿試驗(yàn)裝置，其特征在于:它包括底座，底座與安裝其上的圓筒形有機(jī)玻璃密封罩以及上蓋形成一個(gè)密封的周圍壓力室，圍壓管從底座一側(cè)穿過與周圍壓力室聯(lián)通，其外端與周圍壓力系統(tǒng)連接；圓柱形的巖土試樣固定于周圍壓力室的底座中心上，巖土試樣上、下面分別設(shè)有上透水石和下透水石，巖土試樣外面包裹有橡皮膜；上透水石上面設(shè)有加壓塞，加壓塞連接有傳力桿，傳力桿密封穿過上蓋中心與軸向加壓裝置連接，軸向加壓裝置安裝于反力架上；反壓力管從底座一側(cè)穿過進(jìn)入周圍壓力室后，再穿過加壓塞與上透水石連接，反壓力管的外端與反壓力系統(tǒng)連接；在巖土試樣軸心設(shè)有灌漿濾管，灌漿濾管上端封閉，下端于下透水石處與灌漿管聯(lián)通，巖土試樣與灌漿濾管處于密封環(huán)境；灌漿管從底座一側(cè)穿出依次與壓力傳感器、流量計(jì)、灌漿泵和漿桶連接，在壓力傳感器之前的灌漿管上設(shè)有管道接頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬復(fù)雜應(yīng)力作用下室內(nèi)灌漿試驗(yàn)裝置，其特征在于:在所述圍壓管和反壓力管上設(shè)有閥門。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模擬復(fù)雜應(yīng)力作用下室內(nèi)灌漿試驗(yàn)裝置，其特征在于:在所述灌漿泵與流量計(jì)之間的灌漿管與漿桶通過一根短路管連接，短路管上設(shè)有閥門。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種模擬復(fù)雜應(yīng)力作用下室內(nèi)灌漿試驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型主要是將巖土試樣包裹橡皮膜，其上、下面分別設(shè)上透水石和下透水石，放置在密閉的周圍壓力室內(nèi)；上透水石上設(shè)有加壓塞，加壓塞通過傳力桿連接到軸向加壓裝置上；圍壓管與周圍壓力室聯(lián)通，其外端與周圍壓力系統(tǒng)連接；反壓力管與上透水石連接，其外端與反壓力系統(tǒng)連接；置于巖土試樣軸心的灌漿濾管通過灌漿管與灌漿泵和漿桶等設(shè)備連接。通過真實(shí)模擬深部復(fù)雜應(yīng)力和地下水壓力耦合作用，得出巖土體灌漿中漿液擴(kuò)散半徑與灌漿后結(jié)石體滲透系數(shù)值及與相關(guān)參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系。本實(shí)用新型縮短了試驗(yàn)所需時(shí)間，便捷、可靠和準(zhǔn)確。
文檔編號G01N15/08GK202956329SQ20122071154
公開日2013年5月29日 申請日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者陳偉, 賀建清, 戴習(xí)東, 朱建群, 王志斌, 崔大田 申請人:湖南科技大學(xué)