一種分層注漿模型試驗系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種能夠在高地壓、高水壓的地質(zhì)條件下進行工程巖土體注漿和巷道井壁注漿的試驗系統(tǒng)裝置。試驗系統(tǒng)由以下幾個部分組成：注漿泵及穩(wěn)壓裝置主要是提供穩(wěn)定高壓的漿液，有壓力傳感器監(jiān)測漿液出口壓力。水壓加壓及穩(wěn)壓系統(tǒng)是將一定壓力的水注入模型加壓裝置中，在加壓及穩(wěn)壓系統(tǒng)的作用下對試樣中的孔隙水進行加壓，保證試樣的高壓環(huán)境。微機采集與處理系統(tǒng)可對壓力注漿系統(tǒng)、加壓穩(wěn)壓系統(tǒng)、高壓注漿模型裝置中的試驗數(shù)據(jù)進行在線監(jiān)測與采集。該測試系統(tǒng)具有加壓平穩(wěn)、噪聲低、污染小等特點，通過計算機控制，測控精度高、操作便捷。
【專利說明】一種分層注漿模型試驗系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于巖土工程領(lǐng)域，提出了一種利用高壓注漿模型裝置模擬在高土壓、高 水壓條件下進行工程巖土體注漿和巷道井壁注漿的試驗系統(tǒng)，為井巷注漿工程提供基礎(chǔ)依 據(jù)。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003] 注漿技術(shù)在隧道、井巷等施工中起著舉足輕重的作用。注漿效果及漿液擴散規(guī)律 往往在工程實踐或者理論分析中難以直觀看到，數(shù)值模擬往往需要對工程地質(zhì)條件、漿液 擴散方式等做出一定的建設(shè)和簡化，而模型試驗可以盡可能多地考慮實際情況而且可以進 行大量試驗。注漿模型試驗是研究注漿工程的一種必不可少的方法。盡管近幾年人們對注 漿工程模型試驗有大量的研究，并且有了長足的進展。但是在高壓注漿方面的卻很少涉及， 尤其是在高土壓力、高水壓的地質(zhì)條件下高壓穩(wěn)壓注漿的研究甚少。本發(fā)明提出了一種在 高壓環(huán)境下注漿模型測試系統(tǒng)，可以有效地模擬高壓穩(wěn)壓注漿全過程，在線監(jiān)測分層、分階 段注漿過程中外載荷壓力、空隙水壓力、漿液滲透壓力、流量、流速等注漿參數(shù)，實現(xiàn)實時過 程控制注漿，為研究高壓注漿機理及注漿效果判斷提供可靠的手段和方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一套完整的注漿模型試驗系統(tǒng)，并利用 一種高壓注漿模型裝置模擬在高土壓力、高水壓力環(huán)境下高壓穩(wěn)壓注漿全過程。
[0005] 本發(fā)明的注漿模型試驗系統(tǒng)通過壓力注漿系統(tǒng)中的油泵產(chǎn)生高壓穩(wěn)壓的漿液，儲 存在儲液罐中。通過伺服機對試樣中孔隙水進行加壓，形成良好的高壓環(huán)境。通過高壓注 漿模型裝置，將儲液罐中的高壓漿液引入具有高壓環(huán)境的試樣中，模擬高壓地質(zhì)環(huán)境注漿 過程。監(jiān)測系統(tǒng)中的攝像機、傳感器、壓力表等儀器完成注漿壓力、孔隙水壓、流量等數(shù)據(jù)的 采集，并上傳給計算機，實現(xiàn)在線監(jiān)測。
[0006] 本發(fā)明專利利用監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，分析巖土體的破壞形態(tài)，巖土體的穩(wěn)定性， 并為注漿工程參數(shù)設(shè)計、注漿效果評估、注漿機理、漿液擴散規(guī)律研究等提供基礎(chǔ)依據(jù)。
[0007] 系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù) 1、 最大注漿壓力： lOMPa (流量：lL/min) 2、 最大注水壓力： lOMPa (流量：lL/min) 3、 壓力測量誤差：=±2% 4、 最大軸向應(yīng)力： 蘭5MPa 5、 試樣尺寸： Φ400Χ450 (mm)。
[0008]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1注漿模型試驗系統(tǒng)設(shè)備組成圖； 圖2高壓注漿模型裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0010]

【具體實施方式】
[0011] 本發(fā)明將結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作詳細說明： 模擬高壓環(huán)境下注漿過程，首先要通過壓力注漿系統(tǒng)，產(chǎn)生高壓穩(wěn)壓的漿液。利用油泵 提供的至少lOMPa壓力，產(chǎn)生高壓的的化學(xué)、水泥漿液，送入穩(wěn)壓罐中進行穩(wěn)壓，通過管路 將穩(wěn)壓后的漿液輸入儲液罐中待用，壓力表監(jiān)測穩(wěn)壓罐漿液出口的壓力狀況，如附圖1所 /_J、1 〇
[0012] 其中加壓穩(wěn)壓系統(tǒng)分為土壓力加壓穩(wěn)壓系統(tǒng)和水壓力加壓穩(wěn)壓系統(tǒng)，水壓力加壓 穩(wěn)壓系統(tǒng)包括高壓泵、穩(wěn)壓罐、壓力傳感器，其中高壓泵產(chǎn)生高壓力的水，并通過穩(wěn)壓罐穩(wěn) 壓，在壓力傳感器的監(jiān)測下實現(xiàn)既定的水壓力并作用于試樣。土壓力穩(wěn)壓加壓系統(tǒng)包括伺 服機、壓力傳感器；伺服機對試樣加載，通過壓力傳感器控制理想的壓力值。加壓穩(wěn)壓系統(tǒng) 產(chǎn)生的水壓力和土壓力大小通過傳感器上傳到計算機，運用計算機來實現(xiàn)監(jiān)測和控制。加 壓穩(wěn)壓系統(tǒng)其作用主要是為試樣提供理想的土壓力和水壓力環(huán)境，盡可能地模擬出試樣真 實的地質(zhì)環(huán)境。
[0013] 利用有伺服功能的高壓穩(wěn)壓泵對孔隙水井下加壓，并對試驗的巖土體加壓以模擬 1000m深的受力情況。
[0014] 高壓注漿模型裝置整體為圓柱形罐體，由優(yōu)質(zhì)無縫鋼管或石英制作而成，罐體耐 壓在15MPa以上，如附圖2所示。罐體上部布置加水壓進口，通過密封法蘭來密封；高壓水 通過進水口，及在軸向加載柱上的水孔把水送到橫向壓板上，在壓板的幾個水道把水送到 透水壓板的各個透水孔，透水孔直接接觸試樣，對試樣施加水滲透。注漿泵通過注漿口及注 漿通道，把壓力高達lOMPa以上的高壓漿液送到試樣中部。先注漿一段時間后，通過對注漿 試驗參數(shù)的監(jiān)測，反饋分析注漿效果，再控制注漿速度，實現(xiàn)分層注漿的目的。 圓形套筒處于高壓注漿模型的中間，由套筒卡槽固定，四周由試樣包圍。注漿軟管處于 圓形套筒的中間。圓形套筒為注漿提供通道，并保護注漿軟管。高壓進漿口與注漿軟管相 連，高壓漿液通過注漿軟管進入注漿模型中，透過分布在不同高度的進漿孔進入試樣的不 同層位，實現(xiàn)了分層注漿的效果。
[0015] 圖像、數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)中照相機、攝影機、壓力傳感器等儀器對漿液流動狀 態(tài)、漿液壓力、孔隙水壓、流速等注漿參數(shù)進行采集與分析，同時還包括對動力供漿系統(tǒng)和 邊界條件系統(tǒng)中對設(shè)定試驗參數(shù)的監(jiān)控測試。
[0016] 本發(fā)明的特點在于模擬了高壓環(huán)境下，對巖石地質(zhì)體注漿過程的研究。通過高壓 注漿模型裝置，首先能夠創(chuàng)造出高水壓、高地壓的地質(zhì)環(huán)境，其次通過注漿軟管將高壓漿液 引入到試樣中去，實現(xiàn)了對試樣的分層注漿，并通過注漿過程中外載荷、水壓力、漿液壓力、 流速等參數(shù)進行監(jiān)控，為巷道井壁的穩(wěn)定性、注漿工程參數(shù)設(shè)計、質(zhì)量評估、注漿機理、漿液 擴散規(guī)律提供研究依據(jù)。
[0017] 本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)全過程外載荷壓力、空隙水壓力、漿液滲透壓力、流量、流速的數(shù) 據(jù)在線監(jiān)測，以及巖土體破壞形態(tài)圖像采集等功能。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析和處理，為巷道 井壁的穩(wěn)定性、注漿工程參數(shù)設(shè)計、質(zhì)量評估、注漿機理、漿液擴散規(guī)律提供基礎(chǔ)依據(jù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種分層注漿模型試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述試驗系統(tǒng)包括： 注漿泵及穩(wěn)壓裝置，用于提供穩(wěn)定高壓的漿液； 壓力注漿系統(tǒng)，產(chǎn)生高壓穩(wěn)壓的漿液，儲存在儲液罐； 加壓穩(wěn)壓系統(tǒng)，用于將一定壓力的水注入高壓注漿模型裝置中，在外載荷加壓裝置的 作用下對試樣中的孔隙水進行加壓，保證試樣的高壓環(huán)境； 高壓注漿模型裝置，用于將儲液罐中的高壓漿液引入具有高壓環(huán)境的試樣中，模擬高 壓地質(zhì)環(huán)境注漿過程； 監(jiān)測系統(tǒng)，用于對壓力注漿系統(tǒng)、加壓穩(wěn)壓系統(tǒng)、高壓注漿模型裝置中的試驗數(shù)據(jù)進行 在線監(jiān)測與采集。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓注漿模型裝置的中間為圓 形套筒，所述圓形套筒由套筒卡槽固定，四周由試樣包圍；注漿軟管處于圓形套筒的中間， 高壓進漿口與注漿軟管相連，高壓漿液通過注漿軟管進入所述高壓注漿模型裝置中，透過 分布在不同高度的進漿孔進入試樣的不同層位，實現(xiàn)了分層注漿的效果。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述高壓注漿模型裝置整體為圓柱 形罐體，由優(yōu)質(zhì)無縫鋼管或石英制作而成，罐體耐壓在15MPa以上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的試驗系統(tǒng)，其特征在于，罐體上部布置加水壓進口，通過密封 法蘭來密封；高壓水通過進水口，及在軸向加載柱上的水孔把水送到橫向壓板上，在壓板的 幾個水道把水送到透水壓板的各個透水孔，透水孔直接接觸試樣，對試樣施加水滲透。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述注漿泵及穩(wěn)壓裝置設(shè)有壓力傳 感器監(jiān)測漿液出口壓力。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力注漿系統(tǒng)包括油泵、穩(wěn)壓 罐、儲液罐和壓力表，其中用油泵提供的至少lOMPa壓力，產(chǎn)生高壓的的化學(xué)、水泥漿液，送 入穩(wěn)壓罐中進行穩(wěn)壓，通過管路將穩(wěn)壓后的漿液輸入儲液罐中待用，壓力表監(jiān)測穩(wěn)壓罐漿 液出口的壓力狀況。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述加壓穩(wěn)壓系統(tǒng)分為土壓力加壓 穩(wěn)壓系統(tǒng)和水壓力加壓穩(wěn)壓系統(tǒng)，其中水壓力加壓穩(wěn)壓系統(tǒng)包括高壓泵、穩(wěn)壓罐、壓力傳感 器，其中高壓泵產(chǎn)生高壓力的水，并通過穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓，在壓力傳感器的監(jiān)測下實現(xiàn)既定的水 壓力并作用于試樣；土壓力穩(wěn)壓加壓系統(tǒng)包括伺服機、壓力傳感器；伺服機對試樣加載，通 過壓力傳感器控制理想的壓力值。
【文檔編號】G01N33/00GK104062408SQ201410322854
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】由爽, 紀洪廣, 張磊, 曹楊, 蔣華 申請人:北京科技大學(xué)