注浆实验设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种注浆实验设备，属于注浆模拟实验设备领域。该设备包括：实际地层模拟装置和注浆装置；其中，实际地层模拟装置包括：加压塞、模型箱、空压机和压力监测装置；加压塞活动设置在模型箱内，加压塞上端的塞杆活动设置在模型箱的上端开口中，加压塞能在模型箱内移动，模型箱内在加压塞之上空间为加压舱，模型箱内在加压塞之下的空间为储砂舱；空压机经管路与模型箱内的加压舱连通；压力监测装置的检测端设置在模型箱内的储砂舱内；注浆装置的注浆管伸入设置在模型箱内的储砂舱内。该设备具有试验结果准确，注浆试验效果接近实际工程且可以防冒浆的优点。
【专利说明】注浆实验设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及注浆模拟实验设备领域，特别是涉及一种注浆实验设备。
【背景技术】
[0002]在土建工程施工中经常遇到富水且承载力差的砂层等软弱土层，这些软弱地层给工程施工带来极其不利的影响，在施工前需对这些土层进行止水加固处理。
[0003]注浆法作为一种行之有效、施工方便、成本低廉的岩土工程技术，在工程施工中的应用日益广泛，然而由于地层条件的复杂性和注浆法的不可见性，注浆法的理论研究大大落后于工程应用。室内模拟注浆试验是研究注浆理论和工程应用的有效方法，模型试验具有成本低、便于控制、效果直观等特点，但大多无法克服尺寸效应，对实际地层(如地下20米的土压力)的模拟远远达不到预期效果，室内试验数据与现场试验结果的差距还有待进一步提闻。
[0004]现有的实验室注浆模拟实验多采用矩形或细圆柱形模型箱进行模型试验，模型箱尺寸较小，一般模拟静压注浆方法的试验较多，都不能考虑实际地层土压力和孔隙水压力的影响，受到实验室条件和模型箱尺寸较小的限制，对实际地层的模拟仅仅采用堆载远远达不到实际地层的模拟深度，因此大都无法考虑注浆地层实际土压力和孔隙水压力的作用；此外，注浆时采用的注浆压力也与实际工程相差很多，因此，室内注浆试验效果大打折扣。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种注浆实验设备，能有效模拟实际地层土压力和孔隙水压力的影响，使室内注浆试验效果接近实际工程，从而解决现有实验室注浆模拟的模型箱尺寸较小不能模拟实际地层土压力和孔隙水压力的影响，模拟效果与实际工程相差很大的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种注浆实验设备，包括:
[0007]实际地层模拟装置和注浆装置；其中，
[0008]所述实际地层模拟装置包括:加压塞、模型箱、空压机和压力监测装置；所述加压塞活动设置在所述模型箱内，所述加压塞上端的塞杆活动设置在所述模型箱的上端开口中，所述加压塞能在所述模型箱内移动，所述模型箱内在所述加压塞之上空间为加压舱，所述模型箱内在所述加压塞之下的空间为储砂舱；所述空压机经管路与所述模型箱内的加压舱连通；所述压力监测装置的检测端设置在所述模型箱内的储砂舱内；
[0009]所述注浆装置的注浆管伸入设置在所述模型箱内的储砂舱内。
[0010]本发明的有益效果为:通过注浆装置与实际地层模拟装置配合，由实际地层模拟装置模拟实际工程地层的实际土压力和孔隙水压力，由注浆装置进行注浆。由于考虑了注浆地层实际土压力和孔隙水压力的影响，具有试验结果准确，注浆试验效果接近实际工程的优点。【专利附图】
【附图说明】
[0011]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0012]图1为本发明实施例提供的注浆实验设备的结构示意图；
[0013]图2为本发明实施例提供的注浆实验设备的模型箱的结构示意图；
[0014]图3为本发明实施例提供的加压塞的示意图；
[0015]图4为本发明实施例提供的模型箱的底板的示意图；
[0016]图5为本发明实施例提供的O型密封圈的示意图；
[0017]图6为本发明实施例提供的密封盖的示意图；
[0018]图7为本发明实施例提供的注浆系统的结构示意图；
[0019]图8为本发明实施例提供的注浆系统的注浆管的示意图；
[0020]图9为本发明实施例提供的注浆系统的止浆片的示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0022]本发明实施例提供一种注浆实验设备，如图1所示，该设备包括:实际地层模拟装置2和注浆装置I ;
[0023]其中，实际地层模拟装置2包括:加压塞22、模型箱21、空压机23和压力监测装置25 ;加压塞22活动设置在模型箱21内，加压塞22上端的塞杆211活动设置在模型箱21的上端开口中，加压塞22能在模型箱21内移动，模型箱21内在加压塞22之上空间为加压舱201，模型箱21内在加压塞22之下的空间为储砂舱202 ;空压机23经管路24 (可以是高压胶管)与模型箱21内的加压舱201连通；压力监测装置25的检测端设置在模型箱21内的储砂舱202内；
[0024]注浆装置I的注浆管13伸入设置在模型箱21内的储砂舱202内。
[0025]如图2至6所示，上述设备中，模型箱21由储砂筒212、底板211、密封盖213和加劲杆214组成；其中，储砂筒212为圆筒形结构，储砂筒212两端设有开口 ；底板211密封罩设在储砂筒212的底部开口上；密封盖213密封设置在储砂筒212的顶部开口上，密封盖213的中间部位设有开口作为模型箱21的上端开口 ；加劲杆214连接在密封盖213与底板211之间，加劲杆214处于储砂筒212外，加劲杆214可以为多个，均匀设置连接在密封盖213与底板211之间，通过加劲杆214可将密封盖213、底板211和储砂筒212固定为整体的容器结构。
[0026]上述设备中，密封盖213与储砂筒212的顶部开口接触处设置密封圈2132,可米用O型密封圈，设置密封圈可以更好的密封。
[0027]上述设备中，模型箱21的上端开口处设置密封该上端开口与加压塞上端的塞杆之间接触处的密封件2131，密封件2131可采用密封圈。
[0028]如图3所示，上述设备中，加压塞22的塞杆221底部设有塞体222，塞体222外形与模型箱21内的容置空间(即储砂筒212)形状匹配，塞体222 —般为圆形与作为模型箱内容置空间的储砂筒匹配；塞体222的外周设置密封，塞体222外周与模型箱内壁之间接触处设置密封圈220 ;塞杆221和塞体222中间部位设有供注浆装置的注浆管穿过的中空通道223。
[0029]上述设备中，注浆装置I除注浆管13，还包括:注浆泵11、高压胶管12和止浆片14 ;注浆泵11经高压胶管12与注浆管13的输入口连接；止浆片14设置在注浆头上方的注浆管13上，止浆片14处于模型箱21内的储砂舱202内，止浆片14能在注浆过程中阻止浆液沿注浆管21的外套管132与土层间空隙冒浆。
[0030]如图8所示，上述设备中，注浆管13由外套管132、内管131和轴承133组成；夕卜套管132短于内管131，外套管132套装在内管131外，外套管132两端均设置轴承133与内管131的管体连接；
[0031]伸出到外套管132外的内管131前端设有多个排浆孔；
[0032]内管131后端与连接注浆泵11的高压胶管12连接。
[0033]外套管132外表面设有设置止浆片14的螺纹。
[0034]上述设备中，注浆管13还包括:扳手134，扳手134设置在外套管132上端。方便通过扳手操作注衆管的外套管。
[0035]如图9所示，上述设备中，止浆片14为圆形，其中间部位设置具有内螺纹的通孔141，该止浆片通过内螺纹的通孔141可以安装到注浆管13的外套管132上，在注浆过程中阻止注浆沿注浆管的外套管冒浆。
[0036]上述止浆片14表面设有多个防滑片142，每个防滑片均为弧形，这样在止浆片上下表面形成多个突起，防止转动注浆管的外套管时，止浆片跟随注浆管的外套管一起在砂土中转动。
[0037]本发明的注浆实验设备不仅解决了现有模拟实验室注浆模拟的模型箱尺寸较小不能模拟实际地层土压力和孔隙水压力的影响，模拟效果与实际工程相差很大的问题，也解决了注浆过程中注浆管不易操作，以及注浆易沿注浆管冒浆的问题。
[0038]下面结合附图和具体实施例对本发明的注浆实验设备作进一步说明。
[0039]本实施例提供的注浆实验设备，解决了室内静压注浆模型实验中的实际地层压力(土压力和孔隙水压力)模拟的问题。
[0040]该实验设备可满足饱和微承压地层注浆模拟实验要求，由实际地层模拟装置和注浆装置组成；其中实际地层模拟装置由圆柱形模型箱(底板、储砂筒、密封盖和加劲杆)、加压塞、空压机、压力监测装置(孔隙水压力、土压力)及管路等组成；其工作原理为利用空压机通过管线向圆柱形模型箱中注入压缩空气，利用压缩空气的压力模拟注浆位置上部土层的压力，将压力监测装置埋入模型箱内的土层中用以监测注浆前后的土压力和孔隙水压力的变化情况。
[0041]注浆装置由注浆泵、高压胶管、注浆管和止浆片等组成，利用注浆泵提供压力将待注浆液通过注浆管注入实际地层模拟装置的土层中，止浆片由钢片制作，可以防止或减少浆液沿着土层与注浆管之间空隙冒出并可以维持一定的注浆压力。[0042]该实验设备的整体结构如图1所示，其中，实际地层模拟装置包括下述部件:
[0043]圆柱形模型箱21和加压塞22:
[0044]圆柱形模型箱21由底板211、储砂筒212、密封盖213和加劲杆214组成。储砂筒212为圆筒形容器是实际地层模拟的容积空间并可以在注浆过程中观察地层的变形和浆液的流动，加压塞22安装在储砂筒212中利用空压机23加压来实现对储砂筒212中地层施加压力，利用加劲杆214将密封盖213与储砂筒212、加压塞22和底板211连接为一个整体，并形成一个密封空间(加压舱)，空压机通过气动接头向加压舱内压入压缩空气以实现加压的目的，模型箱和加压塞的整体结构如图2所示。
[0045]( I)加压塞:
[0046]加压塞22是本装置主要的加压构件，上部土层压力的模拟主要由压缩空气施加在加压塞上来实现。如图3所示加压塞外缘设置两道O型橡胶密封圈，隔绝压缩空气舱和土层之间气体。加压塞中部设置有通孔，注浆管插入储砂筒中并通过该通孔与外部注浆泵连接。
[0047](2)底板:
[0048]底板211为圆形，直径为700mm，是整个装置重力的承受部分，外缘伸出储砂筒10cm，在伸出的部分上设有8个直径为20mm的预留孔2111，加劲杆214从预留孔2111穿过并与上部密封盖213利用螺丝相连接，将底板、储砂筒、加压塞和密封盖连接为一个整体。底板示意如图4所示:
[0049](3)储砂筒:
[0050]储砂筒212为厚30mm,外径500mm,高IOOOmm的圆筒形容器,储砂筒构成整个实验设备的容纳空间，用来盛装实验用土。
[0051](5)密封盖:
[0052]密封盖213如图5所示，主体为圆形板，直径为700_，在与底部对应位置设有8个直径为20_的预留孔，通过加劲杆与底板连接为整体，密封盖中部设置一个圆形通孔，力口压塞通过该通孔作上下垂直运动，该通孔内壁设有2道O形密封圈，隔绝压缩空气舱中的高压气体和外部空气。密封盖上设置有一个气动接头241，该气动接头214经管路24与空压机23连接，开动空压机23后，通过该气动接头241向压缩空气舱201中注入空气，空气压力不断增大，推动加压塞向下运动产生压力。
[0053]注浆装置的结构如下:
[0054]图7所示为注浆装置的示意图，由注浆泵11、高压胶管12、注浆管13和止浆片14组成，注浆泵11经高压胶管12与注浆管13连接，止浆片14设置在注浆管13上，利用注浆泵11提供压力将待注浆液通过高压胶管12和注浆管13注入砂层中，止浆片14由钢片制作，可以防止浆液沿着砂层和注浆管之间空隙冒出。
[0055]( I)注浆泵:
[0056]注浆泵11采用普通低压注浆泵，注浆压力0.1?0.6MPa。
[0057](2)高压胶管:
[0058]高压胶管12为内径15mm橡胶软管。
[0059](2)注浆管:
[0060]如图8所示注浆管13由内管131、轴承133和外套管132组成，内管131为外径15mm,厚Imm铁管，内管131上端与高压胶管连接,下端5cm范围内开有5排3mm,每排4个的小孔作为注浆孔。外套管132由外径37mm铁管制作，外套管132套在内管外部，在上下端分别用轴承133与内管连接，以实现内管随外管上下移动而不随外管转动，外套管外表面刻有螺纹，用来与止浆片连接。
[0061](3)止浆片:
[0062]图9所示为止浆片14的结构，止浆片14为直径180mm圆形铁片，中间留有直径37mm通孔141，通孔内刻有螺纹，用来和外套管132相连接。若止浆片14固定，在外套管132转动时，由于外套管132与通孔141之间有螺纹，外套管132可以上下移动。止浆片14上焊有防滑片142，用以固定止浆片。
[0063]本发明实施例提供的实验设备，具有以下优点:
[0064](I)本实验设备实现深部土层压力和孔隙水压力的模拟，可以更逼真的模拟真实地层的注浆施工。克服了现有室内注浆模型实验中，仅考虑孔隙率与实际地层相符，并没有考虑上部土层压力和孔隙水压力，注浆模型实验所用土体模型与实际土层有很大差异的问题。
[0065](2)本实验设备通过止浆片的设置，可以有效的解决冒浆问题，在注浆实验时可以施加较大的压力，克服了目前大多模型实验的土层较浅，在模拟注浆时若压力过大很容易出现冒浆，使得在注浆时不能施加较大压力的问题。
[0066]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种注浆实验设备，其特征在于，包括: 实际地层模拟装置和注浆装置；其中， 所述实际地层模拟装置包括:加压塞、模型箱、空压机和压力监测装置；所述加压塞活动设置在所述模型箱内，所述加压塞上端的塞杆活动设置在所述模型箱的上端开口中，所述加压塞能在所述模型箱内移动，所述模型箱内在所述加压塞之上空间为加压舱，所述模型箱内在所述加压塞之下的空间为储砂舱；所述空压机经管路与所述模型箱内的加压舱连通；所述压力监测装置的检测端设置在所述模型箱内的储砂舱内； 所述注浆装置的注浆管伸入设置在所述模型箱内的储砂舱内。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述模型箱由储砂筒、底板、密封盖和加劲杆组成； 所述储砂筒为圆筒形结构； 所述底板密封罩设在所述储砂筒的底部开口上； 所述密封盖设置在所述储砂筒的顶部开口上，所述密封盖的中间部位设有开口作为所述模型箱的上端开口； 所述加劲杆连接在所述密封盖与所述底板之间，所述加劲杆处于所述储砂筒外。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述密封盖与所述储砂筒的顶部开口接触处设置密封圈。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述模型箱的上端开口处设置密封，即该上端开口与所述加压塞上端的塞杆之间接触处的密封件。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述加压塞的塞杆底部设有塞体，所述塞体外形与所述模型箱内的容置空间形状匹配； 所述塞体的外周设置密封该塞体外周与所述模型箱内壁之间接触处的密封圈； 所述塞杆和塞体中间部位设有供所述注浆装置的注浆管穿过的中空通道。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述注浆装置包括:注浆泵、高压胶管和止浆片； 所述注浆泵经所述高压胶管与所述注浆管的输入口连接； 所述止浆片设置在所述注浆头上方的所述注浆管上，所述止浆片处于所述模型箱内的储砂舱内。
7.根据权利要求1或6所述的设备，其特征在于，所述注浆管由外套管、内管和轴承组成；所述外套管短于所述内管，所述外套管套装在所述内管外，所述外套管两端均设置所述轴承与所述内管的管体连接； 所述外套管外的所述内管前端设有多个排浆孔； 所述外套管外表面设有用于设置所述止浆片的螺纹。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述注浆管还包括:扳手，所述扳手设置在所述外套管上端。
9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述止浆片为圆形，其中间部位设置具有内螺纹的通孔； 所述止浆片表面设有多个防滑片。
10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述防滑片为弧形。
【文档编号】G01N33/38GK103645306SQ201310701501
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】杨宇友, 倪茂光 申请人:中国地质大学（北京）