可调节充填厚度的岩石结构面压力注浆设备

1.本发明属于边坡岩体工程中裂隙注浆加固技术领域，尤其涉及一种可调节充填厚度的岩石结构面压力注浆设备。


背景技术：

2.边坡岩体内往往赋存各类自然发育或开挖卸荷引起的节理、裂隙等不连续结构面，属于典型的非连续介质。由于这些不连续结构面的存在，边坡岩体的破坏和失稳很大程度上受到结构面的几何特性和受力特征的控制，在高应力作用下容易沿结构面发生剪切滑动或结构性失稳。这些岩体失稳破坏不仅给边坡工程造成严重的技术困难和巨大的经济损失，还造成严重的安全隐患。近年来，我国基础设施建设大幅增加，其中水利水电、公路铁路等工程建设常涉及到岩质边坡开挖，开挖扰动后形成的临空面易造成局部的应力集中，从而引发边坡的滑移失稳。岩质边坡的环境复杂性、结构构造多样性和岩体差异性,决定了其失稳机理是十分复杂的，因此，研究岩石结构面的剪切破坏机制具有重要意义。
3.由于经济效益高和加固效果好等优点，结构面注浆在边坡岩体工程稳定性控制中得到了广泛应用。浆液充填到边坡岩体的原生和次生结构面内可提高裂隙岩体的完整性，起到粘结补强、充填压密和转变破坏机制的作用。注浆作为加固岩体的有效支护方法，在实际工程中得到广泛应用，以改善岩石结构面的应力状态，充分发挥岩体的自支撑能力，控制岩体内部的变形。
4.目前，传统的室内试验主要采用人工涂抹、压实水泥浆液，以及制作模具的方法来制作小尺寸注浆岩石结构面试样。然而，传统的制作方法不能提供稳定的注浆压力，无法精确探究水泥浆液对岩石结构面的加固支护作用，制作精度低。同时，传统的制作工艺需要制作大量的模具来模拟注浆岩石结构面的充填厚度，制作流程繁琐，成本昂贵。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种可调节充填厚度的岩石结构面压力注浆设备，旨在解决现有技术中注浆岩石结构面传统制作方法注浆压力不稳定、制作流程繁琐、成本高的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
7.可调节充填厚度的岩石结构面压力注浆设备，包括密封注浆腔装置和注浆压力源装置，所述密封注浆腔装置包括注浆腔体及其内部的岩石结构面试件，所述岩石结构面试件的顶部通过调节座与注浆腔体的顶部抵接，所述岩石结构面试件与注浆腔体之间的间隙填充浆液；所述注浆压力源装置通过注浆管路与密封注浆腔装置相连，用于将浆液压入岩石结构面试件的结构面内；所述注浆腔体的顶部与注浆管路连通，所述注浆管路上设有压力测量元件和阀门。
8.优选的，所述注浆压力源装置为压缩氮气瓶，所述压缩氮气瓶的出气口与注浆管路连通，所述压缩氮气瓶内的压缩氮气通过注浆管路注入注浆腔体内。
9.优选的，所述注浆腔体包括用于围拢岩石结构面试件的腔室钢板，所述腔室钢板的上下分别为顶部钢板及底部钢板，所述腔室钢板的顶部与顶部钢板之间设有密封垫，所述顶部钢板与底部钢板的四周通过连接件相连，用于将腔室钢板密封固定在顶部钢板与底部钢板之间。
10.优选的，所述密封垫为硅胶垫片；所述连接件为螺杆和螺母，所述螺杆的下端与底部钢板相连、上端贯穿顶部钢板上的连接孔后与螺母配合。
11.优选的，所述调节座为多个、且均布设置于在岩石结构面试件的顶面上；所述调节座包括可调节底座和刚性垫块，所述刚性垫块设置于可调节底座的顶部，所述刚性垫块的上端与顶部钢板的内壁抵接，所述可调节底座设置于岩石结构面试件的顶部。
12.优选的，所述刚性垫块上设有一排通气孔。
13.优选的，所述可调节底座包括支撑座、伸缩杆和固定旋钮，所述伸缩杆设置于刚性垫块与支撑座之间，所述固定旋钮设置于伸缩杆的侧面。
14.优选的，所述伸缩杆为两节套装的伸缩管，外套管与内套管螺纹连接，固定旋钮与外套管上螺纹孔配合、且其里端与内套管抵接，或固定旋钮里端与内套管上的定位孔配合。
15.优选的，所述注浆腔体为多个，所述注浆管路上设有多个支管与多个注浆腔体一一连通，每个支管上均设有阀门。
16.优选的，所述注浆管路为pvc软管，所述注浆管路上设有多个用于与支管相连的三通接头。
17.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明利用注浆压力源装置的压缩氮气作为气源，通过注浆管路将注浆腔体内浆液压入岩石结构面内，利用调节座来调节岩石结构面内填充浆液的厚度，得到不同充填厚度的岩石结构面试件。本发明可以在稳定的注浆压力下制作室内小尺寸注浆岩石结构面，并且能够根据需要调节注浆岩石结构面的充填厚度，实现高效、批量制作不同充填厚度的注浆岩石结构面，用于探究注浆岩石结构面的物理力学特性。
附图说明
18.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
19.图1是本发明实施例提供的一种可调节充填厚度的岩石结构面压力注浆设备的结构示意图；
20.图2是图1中调节座的结构示意图；
21.图3是本发明实施例提供的一种可调节充填厚度的岩石结构面压力注浆设备的操作流程图；
22.图中：1-阀门，2-顶部钢板，3-可调节底座，4-浆液，5-腔室钢板，6-岩石结构面试件，7-底部钢板，8-刚性垫块，9-螺杆，10-螺母，11-密封垫，12-三通接头，13-压缩氮气瓶，14-压力测量元件，15-排气阀，16-支撑座，17-通气孔，18-伸缩杆，19-固定旋钮，20-密封注浆腔装置，21-注浆管路，22-注浆压力源装置。
具体实施方式
23.下面结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
24.参见图1，本发明提供的一种可调节充填厚度的岩石结构面压力注浆设备，包括密封注浆腔装置20和注浆压力源装置22，所述密封注浆腔装置20包括注浆腔体及其内部的岩石结构面试件6，所述岩石结构面试件6的顶部通过调节座与注浆腔体的顶部抵接，所述岩石结构面试件6与注浆腔体之间的间隙填充浆液4；所述注浆压力源装置22通过注浆管路21与密封注浆腔装置相连，用于将浆液4压入岩石结构面试件6的结构面内；所述注浆腔体的顶部与注浆管路21连通，所述注浆管路21上设有压力测量元件14和阀门1。在具体实施时，浆液可选择水泥浆液；压力测量元件为压力表或压力传感器。其中，所述注浆压力源装置22为压缩氮气瓶13，压力表安装在压缩氮气瓶的出气口，压缩氮气瓶的出气口通过排气阀15与注浆管路21连通，所述压缩氮气瓶内的压缩氮气通过注浆管路注入注浆腔体内。
25.在本发明的一个具体实施例中，如图1所示，所述注浆腔体包括用于围拢岩石结构面试件6的腔室钢板5，所述腔室钢板5的上下分别为顶部钢板2及底部钢板7，所述腔室钢板5的顶部与顶部钢板2之间设有密封垫11，所述顶部钢板2与底部钢板7的四周通过连接件相连，用于将腔室钢板5密封固定在顶部钢板2与底部钢板7之间。具体制作时，所述密封垫11采用硅胶垫片；所述连接件为螺杆9和螺母10，所述螺杆9的下端与底部钢板7相连、上端贯穿顶部钢板2上的连接孔后与螺母10配合。利用螺杆将底部钢板与底部钢板拉紧，同时借助硅胶垫片将腔室钢板固定并密封，确保氮气加压过程中不会发生泄漏。
26.作为一种优选方案，如图1所示，所述调节座为多个、且均布设置于在岩石结构面试件6的顶面上；所述调节座包括可调节底座3和刚性垫块8，所述刚性垫块8设置于可调节底座3的顶部，所述刚性垫块8的上端与顶部钢板2的内壁抵接，所述可调节底座3设置于岩石结构面试件6的顶部。调节座沿着岩石结构面试件的顶部四周间隔布置，起到支撑及调节内腔大小的作用。
27.如图2所示，为了确保氮气均匀扩散，在刚性垫块上水平设置一排通气孔。
28.在本发明的一个具体实施例中，如图1、2所示，所述可调节底座3包括支撑座16、伸缩杆18和固定旋钮19，所述伸缩杆18设置于刚性垫块8与支撑座16之间，所述固定旋钮19设置于伸缩杆18的侧面。具体设计时，所述伸缩杆18为两节套装的伸缩管，外套管与内套管螺纹连接，固定旋钮19与外套管上螺纹孔配合、且其里端与内套管抵接，或固定旋钮19里端与内套管上的定位孔配合。预先根据设计要求调节伸缩杆的长度，从而调节岩石结构面的不同开度；利用固定旋钮固定牢固后，提高连接件将顶部钢板压紧固定。
29.进一步优化上述技术方案，所述注浆腔体为多个，所述注浆管路21上设有多个支管与多个注浆腔体一一连通，每个支管上均设有阀门1。如图1所示，该实施例中注浆腔体为两个，方便根据需要制作两个不同注浆厚度的岩石结构面试件。注浆腔体的数量可根据实际需要设定，待压力表的数值稳定后开启压缩氮气瓶的排气阀，用以确保注浆腔体内恒定的注浆压力，同时对多个注浆腔体注浆，能够提高试件的制作效率。
30.具体制作时，所述注浆管路21采用pvc软管，所述注浆管路21上设有多个用于与支管相连的三通接头12，三通接头为pe三通构件；压缩氮气钢瓶的高度为150cm。刚性垫块的尺寸为长
×
宽
×
高为16cm
×
5cm
×
3cm，刚性垫块上的通气孔为6个直径为2cm的通孔。
31.本发明的具体操作流程如图3所示：
32.首先选定注浆岩石结构面试件的充填厚度，根据充填厚度、岩石结构面试件6尺寸以及密封注浆腔装置20的腔室尺寸调节钢制可调节底座3的高度，可调节底座3的高度＝密封注浆腔装置20的腔室高度-充填厚度-岩石结构面试件6的高度-刚性垫块8的高度(3cm)，具体步骤为：松开固定旋钮19，调节伸缩杆18高度使得钢制可调节底座3的高度为选定计算值，随后拧紧固定旋钮19。
33.使用螺杆9和螺母10组装底部钢板7和腔室钢板5，构成无顶板式注浆腔室，将岩石结构面试件6放入注浆腔室内并注入水泥浆液4，然后在岩石结构面试件6顶部放置刚性垫块8，并在腔室钢板5顶部垫上硅胶垫片11。使用螺杆9及螺母10组装顶部钢板2和腔室钢板5构成密封注浆腔装置20，连接注浆管路21与顶部钢板2中心的注入孔，然后连接注浆管路21与注浆压力源装置22，组成可调节充填厚度的小尺寸岩石结构面压力注浆装置。开启排气阀15并关闭进气阀门1，调节排气阀15开度使得压力表14数值显示为0.5mpa，保持注浆压力值大小为0.5mpa一小时，随后拆卸顶部钢板2，取出注浆岩石结构面试件养护28天，制成注浆岩石结构面试件成品。
34.综上所述，本发明具有结构简单紧凑、成本低廉、操作流程简便的优点，方便为制作小尺寸注浆岩石结构面提供稳定的注浆压力，实现无模具调节注浆岩石结构面的充填厚度，制作效率高；同时操作步骤简单，显著减少制作成本及人工工时。
35.在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。