动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，包括溶洞模拟腔和注浆系统，溶洞模拟腔通过柔性隔膜组件分隔成上腔体和下腔体，注浆系统的浆液出口与下腔体连通，下腔体中填充有溶洞充填物，上腔体设有一带通断控制阀门的排气口，实验装置还包括用于向上腔体内通入压力水的加压系统。本实用新型具有结构紧凑、操作方便、费用低廉、适应范围广等优点。
【专利说明】
动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及水利水电和土木工程技术领域，具体涉及一种动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置。
【背景技术】
[0002]溶洞是可溶岩在高水头长期作用下形成的，主要有无充填型和有充填型两种，其防渗处理是保证土木工程安全运行的重要组成部分，处理措施主要有大开挖回填和注浆两种。注浆具有施工工作量少，工期短，质量易保证等特点，在国内外岩溶地基防渗加固工程中广泛应用。充填型溶洞防渗注浆结石体是工程防渗系统的重要组成部分，其结构性状是渗控工程设计所需的重要参数，室内物理模型试验是充填型溶洞防渗注浆结石体结构性状的有效途径和方法。例如:中国水利水电科学研究院自发研制了平板型注浆试验台；湛铠瑜、隋旺华自行研制了一套动水条件下单裂隙注浆模拟试验系统;郭密文、隋旺华为了研究高压环境条件下注浆浆液的渗流扩散特征，研制了可形成5MPa以上高压环境的注浆试验系统;赵宏海、李磊等自制研发了一种裂隙注浆试验装置。
[0003]总体而言，国内外现有注浆模拟试验装置多为裂隙或无充填孔隙、孔洞，尚缺乏充填型溶洞模拟实验装置。因此，研制一种动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，以便合理地确定动水条件下充填型溶洞防渗注浆控制参数，成为本领域相关人员急需研究解决的问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构紧凑、操作方便、费用低廉、适应范围广的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案:
[0006]—种动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，包括溶洞模拟腔和注浆系统，所述溶洞模拟腔通过柔性隔膜组件分隔成上腔体和下腔体，所述注浆系统的浆液出口与所述下腔体连通，所述下腔体中填充有溶洞充填物，所述上腔体设有一带通断控制阀门的排气口，所述实验装置还包括用于向上腔体内通入压力水的加压系统。
[0007]上述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，优选的，所述溶洞模拟腔由筒体、密封连接于筒体顶部的顶盖和密封连接于筒体底部的底座构成，所述筒体包括两节以上通过紧固件依次连接的筒节;所述柔性隔膜组件为不透水布，所述不透水布的四周边沿压紧密封在其中两节筒节之间。
[0008]上述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，优选的，所述底座上设有排水孔。
[0009]上述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，优选的，所述注浆系统包括灌浆栗以及与所述灌浆栗相连的注浆管，所述不透水布的中部设有通孔，所述注浆管穿过所述通孔伸入至下腔体中，所述实验装置还设有将所述通孔与注浆管之间间隙密封的密封组件。
[0010]上述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，优选的，所述密封组件包括固接于顶盖上并伸入筒体内的孔口管，所述孔口管伸入筒体内的一端设有法兰盘，所述法兰盘上通过紧固件连接有带孔活动压板，所述不透水布的中部压紧密封在所述法兰盘和带孔活动压板之间，所述注浆管依次穿过所述孔口管、所述通孔和所述带孔活动压板的孔伸入至下腔体中，所述孔口管上设有将注浆管与孔口管之间间隙密封的孔口封闭器。
[0011]上述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，优选的，所述灌浆栗的出口端还安装有第一通断阀。
[0012]上述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，优选的，所述实验装置还包括用于检测所述上腔体内压力的压力表。
[0013]上述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，优选的，所述加压系统包括压力气源和高压储水罐，所述压力气源通过气管与高压储水罐的顶部连通，所述高压储水罐的底部通过水管与所述上腔体连通，所述水管上设有第二通断阀。
[0014]上述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，优选的，所述气管上设有减压阀，所述高压储水罐的顶部设有放气阀。
[0015]上述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，优选的，所述溶洞充填物包括砂石和岩溶充填物，所述砂石铺设在下腔体的底部，所述岩溶充填物填充在砂石的上方。
[0016]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:本实用新型的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，采用柔性隔膜组件将溶洞模拟腔分隔成上腔体和下腔体，下腔体中填充溶洞充填物，通过加压系统可在上腔体内形成压力环境，柔性隔膜组件在压力作用下形成一个向下的围岩压力，从而实现对动水条件下充填型溶洞防渗注浆的模拟，并且通过改变加压系统施加的压力，可以模拟不同的围岩压力。该模拟实验装置的结构紧凑、操作方便、费用低廉、适应范围广。
【附图说明】
[0017]图1为动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置的结构示意图。
[0018]图例说明:
[0019]1、溶洞模拟腔；101、上腔体；102、下腔体；103、排气P ; 104、顶盖；105、底座；1051、排水孔;106、筒节;2、不透水布;3、灌浆栗;4、注浆管;5、孔口管;6、孔口封闭器;7、第一通断阀；8、压力表;9、压力气源；10、高压储水罐；11、第二通断阀；12、减压阀；100、砂石;200、岩溶充填物。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0021]如图1所示，本实施例的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，包括溶洞模拟腔I和注浆系统，溶洞模拟腔I通过柔性隔膜组件分隔成上腔体101和下腔体102，注浆系统的浆液出口与下腔体102连通，下腔体102中填充有溶洞充填物，上腔体101设有一带通断控制阀门的排气口 103，实验装置还包括用于向上腔体101内通入压力水的加压系统。
[0022]本实施例中，溶洞模拟腔I由筒体、密封连接于筒体顶部的顶盖104和连接于筒体底部的底座105构成，在底座105上设有排水孔1051，可模拟岩溶充填物压缩固结排水通道。筒体包括三节通过紧固件依次连接的筒节106。柔性隔膜组件采用高强不透水布2，不透水布2的四周边沿压紧密封在其中两节筒节106之间。通过改变相应筒节106的高度，可以模拟不同深度的溶洞。
[0023]上述筒体中，三节筒节106依次分为上部筒节106、中部筒节106和下部筒节106，各筒节106为圆柱状钢筒，且两端均焊接有中空法兰盘，采用螺栓将相邻筒节106相接处的法兰盘连接固定，法兰盘之间设置橡胶密封圈。优选的，各筒节106的内径均为50?60mm，壁厚均为10mm，上部筒节106的高度为250?350mm，中部筒节106的高度为150mm，下部筒节106的高度为 150~850mm。
[0024]本实施例中，注浆系统包括灌浆栗3以及与灌浆栗3相连的注浆管4，不透水布2的中部设有通孔，注浆管4沿竖直方向穿过该通孔伸入至下腔体102中，通孔与注浆管4之间设有将两者之间的间隙密封的密封组件，可真实模拟岩溶充填物注浆过程。本实施例所采用的密封组件包括孔口管5，孔口管5固接于顶盖104上并伸入筒体内，孔口管5伸入筒体内的一端设有法兰盘，法兰盘上通过紧固件连接有带孔活动压板，不透水布2的中部压紧密封在法兰盘和带孔活动压板之间，使上腔体101和下腔体102不连通，注浆管4依次穿过孔口管5、不透水布2的通孔和带孔活动压板的孔伸入至下腔体102中，孔口管5上设有将注浆管4与孔口管5之间间隙密封的孔口封闭器6。孔口封闭器6为现有技术，其可抱紧灌浆栗3并将注浆管4与孔口管5之间的间隙密封。
[0025]进一步的，在灌浆栗3的出口端还安装有第一通断阀7，以便于控制浆液的通断。
[0026]本实施例中，实验装置还包括用于检测上腔体101内压力的压力表8，压力表8安装在上部筒节106上，通过压力表8能够直接、方便的观察上腔体101内的压力值。
[0027]本实施例中，加压系统包括压力气源9和高压储水罐10，压力气源9通过气管与高压储水罐10的顶部连通，高压储水罐10的底部通过水管与上腔体101连通，水管上设有第二通断阀11。上述压力气源9可采用氮气瓶。采用该加压系统能够模拟溶洞渗漏情况。
[0028]本实施例中，气管上设有减压阀12，通过减压阀12可以调节通入到高压储水罐10内气体的压力，进而控制高压储水罐10的水压和上腔体101内的压力，达到调节控制围岩压力的目的。高压储水罐10的顶部设有放气阀，可通过放气阀将高压储水罐10的压力气体排出进行卸压。
[0029]本实施例的溶洞充填物包括砂石100和岩溶充填物200，砂石100铺设在下腔体102的底部，岩溶充填物200填充在砂石100的上方。
[0030]本实施例动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置的工作过程及原理为:
[0031](a)安装试样以及实验装置。首先将高强不透水布2压紧固定在孔口管5的固定压板和活动压板之间，再将其与上部的筒节106相连，并通过紧固件将下部的筒节106与底座105连接好，并按实验需要铺好砂石100，再连接好中部的筒节106，并根据实验对象充填岩溶充填物200，最后将上部的筒节106和中部的筒节106通过紧固件连接好，使不透水布2的四周压紧固定在上部的筒节106和中部的筒节106之间。
[0032](b)施加围压。首先将高压储水罐10充满水，再打开第二通断阀11和排气口 103，待上部筒节106内的气体排出后关闭排气口 103，打开压力气源9，慢慢旋紧减压阀12，观察压力表8的显示值，使其达到设定值。
[0033](c)防渗注浆模拟。旋紧孔口封闭器6使其抱紧注浆管4，按比例配制好浆液并倒入灌浆栗3，打开灌浆栗3开始灌浆，直至达到设计结束标准，关闭灌浆栗3。
[0034](d)灌浆性状观察。待灌浆结束后待凝30min，关闭压力气源9，打开排气口 103，将上部筒节106和中部筒节106依次拆除，将灌浆结石体剖开，观察灌浆性状。
[0035]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，包括溶洞模拟腔(I)和注浆系统，其特征在于:所述溶洞模拟腔(I)通过柔性隔膜组件分隔成上腔体(101)和下腔体(102)，所述注浆系统的浆液出口与所述下腔体(102)连通，所述下腔体(102)中填充有溶洞充填物，所述上腔体(101)设有一带通断控制阀门的排气口(103)，所述实验装置还包括用于向上腔体(101)内通入压力水的加压系统。2.根据权利要求1所述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，其特征在于:所述溶洞模拟腔(I)由筒体、密封连接于筒体顶部的顶盖(104)和密封连接于筒体底部的底座(105)构成，所述筒体包括两节以上通过紧固件依次连接的筒节(106);所述柔性隔膜组件为不透水布(2)，所述不透水布(2)的四周边沿压紧密封在其中两节筒节(106)之间。3.根据权利要求2所述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，其特征在于:所述底座(105)上设有排水孔(1051)。4.根据权利要求2所述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，其特征在于:所述注浆系统包括灌浆栗(3)以及与所述灌浆栗(3)相连的注浆管(4)，所述不透水布(2)的中部设有通孔，所述注浆管(4)穿过所述通孔伸入至下腔体(102)中，所述实验装置还设有将所述通孔与注浆管(4)之间间隙密封的密封组件。5.根据权利要求4所述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，其特征在于:所述密封组件包括固接于顶盖(104)上并伸入筒体内的孔口管(5)，所述孔口管(5)伸入筒体内的一端设有法兰盘，所述法兰盘上通过紧固件连接有带孔活动压板，所述不透水布(2)的中部压紧密封在所述法兰盘和带孔活动压板之间，所述注浆管(4)依次穿过所述孔口管(5)、所述通孔和所述带孔活动压板的孔伸入至下腔体(102)中，所述孔口管(5)上设有将注浆管(4)与孔口管(5)之间间隙密封的孔口封闭器(6)。6.根据权利要求5所述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，其特征在于:所述灌浆栗(3 )的出口端还安装有第一通断阀(7 )。7.根据权利要求1所述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，其特征在于:所述实验装置还包括用于检测所述上腔体(101)内压力的压力表(8)。8.根据权利要求1所述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，其特征在于:所述加压系统包括压力气源(9)和高压储水罐(10)，所述压力气源(9)通过气管与高压储水罐(10)的顶部连通，所述高压储水罐(10)的底部通过水管与所述上腔体(101)连通，所述水管上设有第二通断阀(11)。9.根据权利要求8所述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，其特征在于:所述气管上设有减压阀(12)，所述高压储水罐(10)的顶部设有放气阀。10.根据权利要求1所述的动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置，其特征在于:所述溶洞充填物包括砂石(100)和岩溶充填物(200)，所述砂石(100)铺设在下腔体(102)的底部，所述岩溶充填物(200)填充在砂石(100)的上方。
【文档编号】G01N33/00GK205643310SQ201620446847
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】蒋买勇, 汪文萍, 唐姗, 李付亮, 李恳亮, 张凌
【申请人】湖南水利水电职业技术学院