一种分层注浆模型试验系统的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种能够在高地压、高水压的地质条件下进行工程岩土体注浆和巷道井壁注浆的试验系统装置。试验系统由以下几个部分组成：注浆泵及稳压装置主要是提供稳定高压的浆液，有压力传感器监测浆液出口压力。水压加压及稳压系统是将一定压力的水注入模型加压装置中，在加压及稳压系统的作用下对试样中的孔隙水进行加压，保证试样的高压环境。微机采集与处理系统可对压力注浆系统、加压稳压系统、高压注浆模型装置中的试验数据进行在线监测与采集。该测试系统具有加压平稳、噪声低、污染小等特点，通过计算机控制，测控精度高、操作便捷。
【专利说明】一种分层注浆模型试验系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于岩土工程领域，提出了一种利用高压注浆模型装置模拟在高土压、高 水压条件下进行工程岩土体注浆和巷道井壁注浆的试验系统，为井巷注浆工程提供基础依 据。
[0002]
【背景技术】
[0003] 注浆技术在隧道、井巷等施工中起着举足轻重的作用。注浆效果及浆液扩散规律 往往在工程实践或者理论分析中难以直观看到，数值模拟往往需要对工程地质条件、浆液 扩散方式等做出一定的建设和简化，而模型试验可以尽可能多地考虑实际情况而且可以进 行大量试验。注浆模型试验是研究注浆工程的一种必不可少的方法。尽管近几年人们对注 浆工程模型试验有大量的研究，并且有了长足的进展。但是在高压注浆方面的却很少涉及， 尤其是在高土压力、高水压的地质条件下高压稳压注浆的研究甚少。本发明提出了一种在 高压环境下注浆模型测试系统，可以有效地模拟高压稳压注浆全过程，在线监测分层、分阶 段注浆过程中外载荷压力、空隙水压力、浆液渗透压力、流量、流速等注浆参数，实现实时过 程控制注浆，为研究高压注浆机理及注浆效果判断提供可靠的手段和方法。
【发明内容】
[0004] 本发明为了克服现有技术中的不足，提出一套完整的注浆模型试验系统，并利用 一种高压注浆模型装置模拟在高土压力、高水压力环境下高压稳压注浆全过程。
[0005] 本发明的注浆模型试验系统通过压力注浆系统中的油泵产生高压稳压的浆液，储 存在储液罐中。通过伺服机对试样中孔隙水进行加压，形成良好的高压环境。通过高压注 浆模型装置，将储液罐中的高压浆液引入具有高压环境的试样中，模拟高压地质环境注浆 过程。监测系统中的摄像机、传感器、压力表等仪器完成注浆压力、孔隙水压、流量等数据的 采集，并上传给计算机，实现在线监测。
[0006] 本发明专利利用监测系统采集的数据，分析岩土体的破坏形态，岩土体的稳定性， 并为注浆工程参数设计、注浆效果评估、注浆机理、浆液扩散规律研究等提供基础依据。
[0007] 系统的主要技术参数 1、 最大注浆压力： lOMPa (流量：lL/min) 2、 最大注水压力： lOMPa (流量：lL/min) 3、 压力测量误差：=±2% 4、 最大轴向应力： 兰5MPa 5、 试样尺寸： Φ400Χ450 (mm)。
[0008]
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1注浆模型试验系统设备组成图； 图2高压注浆模型装置结构图。
[0010]
【具体实施方式】
[0011] 本发明将结合说明书附图对本发明的【具体实施方式】作详细说明： 模拟高压环境下注浆过程，首先要通过压力注浆系统，产生高压稳压的浆液。利用油泵 提供的至少lOMPa压力，产生高压的的化学、水泥浆液，送入稳压罐中进行稳压，通过管路 将稳压后的浆液输入储液罐中待用，压力表监测稳压罐浆液出口的压力状况，如附图1所 /_J、1 〇
[0012] 其中加压稳压系统分为土压力加压稳压系统和水压力加压稳压系统，水压力加压 稳压系统包括高压泵、稳压罐、压力传感器，其中高压泵产生高压力的水，并通过稳压罐稳 压，在压力传感器的监测下实现既定的水压力并作用于试样。土压力稳压加压系统包括伺 服机、压力传感器；伺服机对试样加载，通过压力传感器控制理想的压力值。加压稳压系统 产生的水压力和土压力大小通过传感器上传到计算机，运用计算机来实现监测和控制。加 压稳压系统其作用主要是为试样提供理想的土压力和水压力环境，尽可能地模拟出试样真 实的地质环境。
[0013] 利用有伺服功能的高压稳压泵对孔隙水井下加压，并对试验的岩土体加压以模拟 1000m深的受力情况。
[0014] 高压注浆模型装置整体为圆柱形罐体，由优质无缝钢管或石英制作而成，罐体耐 压在15MPa以上，如附图2所示。罐体上部布置加水压进口，通过密封法兰来密封；高压水 通过进水口，及在轴向加载柱上的水孔把水送到横向压板上，在压板的几个水道把水送到 透水压板的各个透水孔，透水孔直接接触试样，对试样施加水渗透。注浆泵通过注浆口及注 浆通道，把压力高达lOMPa以上的高压浆液送到试样中部。先注浆一段时间后，通过对注浆 试验参数的监测，反馈分析注浆效果，再控制注浆速度，实现分层注浆的目的。 圆形套筒处于高压注浆模型的中间，由套筒卡槽固定，四周由试样包围。注浆软管处于 圆形套筒的中间。圆形套筒为注浆提供通道，并保护注浆软管。高压进浆口与注浆软管相 连，高压浆液通过注浆软管进入注浆模型中，透过分布在不同高度的进浆孔进入试样的不 同层位，实现了分层注浆的效果。
[0015] 图像、数据采集与处理系统中照相机、摄影机、压力传感器等仪器对浆液流动状 态、浆液压力、孔隙水压、流速等注浆参数进行采集与分析，同时还包括对动力供浆系统和 边界条件系统中对设定试验参数的监控测试。
[0016] 本发明的特点在于模拟了高压环境下，对岩石地质体注浆过程的研究。通过高压 注浆模型装置，首先能够创造出高水压、高地压的地质环境，其次通过注浆软管将高压浆液 引入到试样中去，实现了对试样的分层注浆，并通过注浆过程中外载荷、水压力、浆液压力、 流速等参数进行监控，为巷道井壁的稳定性、注浆工程参数设计、质量评估、注浆机理、浆液 扩散规律提供研究依据。
[0017] 本发明能够实现全过程外载荷压力、空隙水压力、浆液渗透压力、流量、流速的数 据在线监测，以及岩土体破坏形态图像采集等功能。通过对试验数据的分析和处理，为巷道 井壁的稳定性、注浆工程参数设计、质量评估、注浆机理、浆液扩散规律提供基础依据。
【权利要求】
1. 一种分层注浆模型试验系统，其特征在于，所述试验系统包括： 注浆泵及稳压装置，用于提供稳定高压的浆液； 压力注浆系统，产生高压稳压的浆液，储存在储液罐； 加压稳压系统，用于将一定压力的水注入高压注浆模型装置中，在外载荷加压装置的 作用下对试样中的孔隙水进行加压，保证试样的高压环境； 高压注浆模型装置，用于将储液罐中的高压浆液引入具有高压环境的试样中，模拟高 压地质环境注浆过程； 监测系统，用于对压力注浆系统、加压稳压系统、高压注浆模型装置中的试验数据进行 在线监测与采集。
2. 根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述高压注浆模型装置的中间为圆 形套筒，所述圆形套筒由套筒卡槽固定，四周由试样包围；注浆软管处于圆形套筒的中间， 高压进浆口与注浆软管相连，高压浆液通过注浆软管进入所述高压注浆模型装置中，透过 分布在不同高度的进浆孔进入试样的不同层位，实现了分层注浆的效果。
3. 根据权利要求2所述的试验系统，其特征在于，所述高压注浆模型装置整体为圆柱 形罐体，由优质无缝钢管或石英制作而成，罐体耐压在15MPa以上。
4. 根据权利要求3所述的试验系统，其特征在于，罐体上部布置加水压进口，通过密封 法兰来密封；高压水通过进水口，及在轴向加载柱上的水孔把水送到横向压板上，在压板的 几个水道把水送到透水压板的各个透水孔，透水孔直接接触试样，对试样施加水渗透。
5. 根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述注浆泵及稳压装置设有压力传 感器监测浆液出口压力。
6. 根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述压力注浆系统包括油泵、稳压 罐、储液罐和压力表，其中用油泵提供的至少lOMPa压力，产生高压的的化学、水泥浆液，送 入稳压罐中进行稳压，通过管路将稳压后的浆液输入储液罐中待用，压力表监测稳压罐浆 液出口的压力状况。
7. 根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述加压稳压系统分为土压力加压 稳压系统和水压力加压稳压系统，其中水压力加压稳压系统包括高压泵、稳压罐、压力传感 器，其中高压泵产生高压力的水，并通过稳压罐稳压，在压力传感器的监测下实现既定的水 压力并作用于试样；土压力稳压加压系统包括伺服机、压力传感器；伺服机对试样加载，通 过压力传感器控制理想的压力值。
【文档编号】G01N33/00GK104062408SQ201410322854
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】由爽, 纪洪广, 张磊, 曹杨, 蒋华 申请人:北京科技大学