本發(fā)明涉及巖土工程領(lǐng)域，特別涉及一種注漿模擬裝置的模擬方法。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)礦山、隧道、地鐵等地下工程的快速發(fā)展，對(duì)具有填充加固、防滲堵漏作用的注漿技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。目前隨著注漿機(jī)械、材料及工藝的進(jìn)步，注漿技術(shù)得到了快速發(fā)展，然而由于注漿地層深度、巖土裂隙情況、水壓、水流速等地層條件復(fù)雜性，使室內(nèi)注漿試驗(yàn)?zāi)M難度大，不能得出準(zhǔn)確的工程注漿參數(shù)來(lái)指導(dǎo)工程實(shí)踐，即注漿理論研究極大滯后于工程實(shí)踐的需求。

現(xiàn)有專利(CN 105527384)公開(kāi)的一種注漿模擬試驗(yàn)裝置及其試驗(yàn)方法，此方法再原有室內(nèi)注漿試驗(yàn)方法研究漿液性質(zhì)和被注漿介質(zhì)特征對(duì)漿液擴(kuò)散規(guī)律的基礎(chǔ)上，還模擬了注漿過(guò)程中孔隙水消散對(duì)注漿的效果的影響；現(xiàn)有專利(CN 105136641)公開(kāi)的一種模擬動(dòng)水條件下滲透注漿擴(kuò)散試驗(yàn)的模型裝置，此裝置利用加水裝置模擬了低壓力低流速超細(xì)注漿材料在動(dòng)水環(huán)境下滲入砂質(zhì)介質(zhì)的規(guī)律。

但上述的方法普遍存在以下幾方面缺陷：

1.無(wú)法模擬不同地層深度或高壓地層的漿液擴(kuò)散規(guī)律；(因不同深度地層的三維方向?qū)Ρ蛔{介質(zhì)的壓力不同，因此不在被注漿介質(zhì)頂部加壓，將不能模擬不同地層深度和高壓地層的環(huán)境。)

2.無(wú)法對(duì)無(wú)水、不同水壓的靜水和不同水速的動(dòng)水三種環(huán)境下的注漿規(guī)律進(jìn)行模擬。模擬的環(huán)境單一，對(duì)實(shí)踐指導(dǎo)意義小；

3.無(wú)法模擬注漿管中孔的數(shù)量排布不同時(shí)漿液擴(kuò)散規(guī)律；(注漿管不可做多套替換)。

公開(kāi)于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理的注漿模擬裝置的模擬方法，該注漿模擬裝置的模擬方法能夠模擬不同地層深度或高壓地層的漿液擴(kuò)散規(guī)律；而且能夠根據(jù)實(shí)際地質(zhì)環(huán)境來(lái)設(shè)置模擬試驗(yàn)環(huán)境，符合工程實(shí)踐的需求。還能夠測(cè)試在不同的環(huán)境下不同注漿噴出孔數(shù)量和排布對(duì)漿液擴(kuò)散規(guī)律的影響。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種注漿模擬裝置的模擬方法，包括以下步驟：首先，頂部加壓；將液壓千斤頂?shù)幕钊麠U伸長(zhǎng)壓到壓力板上，然后通過(guò)壓力板、頂桿向透水壓板加壓，加壓到指定的壓力后，保持不動(dòng)；然后，注水；向儲(chǔ)水箱中加水，打開(kāi)加壓氣泵，待儲(chǔ)水桶內(nèi)壓力表讀數(shù)達(dá)到設(shè)定值后，開(kāi)啟控水閥門進(jìn)行注水，根據(jù)氣壓表讀數(shù)隨時(shí)調(diào)節(jié)氣泵壓力使桶內(nèi)壓力保持在穩(wěn)定值；之后，注漿；將配置攪拌好的漿液倒入注漿小車內(nèi)，開(kāi)啟控漿閥門，打開(kāi)注漿泵，開(kāi)始注漿，并使得注漿壓力將穩(wěn)定在特定值，模擬無(wú)水或靜水時(shí)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的注漿時(shí)間，注漿結(jié)束，模擬動(dòng)水環(huán)境時(shí)，當(dāng)?shù)咨w泄水閥門不在有水流出時(shí)，注漿結(jié)束；關(guān)閉注漿泵，關(guān)閉注漿閥門，將注漿小車內(nèi)的漿液倒出，并清洗注漿裝置；最后，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；注漿步驟結(jié)束后，待注漿固結(jié)體在模型桶中養(yǎng)護(hù)達(dá)到一定的時(shí)間后，拆除頂蓋，取出固結(jié)體，觀察記錄漿液擴(kuò)散范圍、形態(tài)。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，注水步驟中，模擬靜水環(huán)境時(shí)，達(dá)到設(shè)定時(shí)間后進(jìn)行注漿，模擬動(dòng)水環(huán)境時(shí)，當(dāng)泄水閥門有勻速水流出后進(jìn)行注漿。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，注漿壓力穩(wěn)定在特定值的時(shí)間為3-5分鐘。

優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，注漿過(guò)程中，記錄各傳感器的壓力，注漿結(jié)束后，關(guān)閉控水閥門和加壓氣泵，壓力消散后拆除注水軟管。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1.該注漿模擬裝置的模擬方法能夠給內(nèi)部介質(zhì)的加壓，模擬地層三維壓力，從而模擬不同地層深度或高壓地層的漿液擴(kuò)散規(guī)律；

2.該注漿模擬裝置的模擬方法可以模擬無(wú)水、固定壓力下靜水環(huán)境和固定流速下的動(dòng)水三種環(huán)境下的漿液擴(kuò)散規(guī)律，能夠根據(jù)實(shí)際地質(zhì)環(huán)境來(lái)設(shè)置模擬試驗(yàn)環(huán)境，符合工程實(shí)踐的需求。

3.該注漿模擬裝置的模擬方法中的注漿管與注漿接口采用螺紋連接，注漿管可替換，可設(shè)計(jì)多套噴出孔數(shù)量和排布都不同的注漿管，測(cè)試在不同的環(huán)境下不同注漿噴出孔數(shù)量和排布對(duì)漿液擴(kuò)散規(guī)律的影響。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的注漿模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的注漿模擬裝置的充填模擬模型桶結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的注漿模擬裝置的底蓋結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明的注漿模擬裝置的透水壓板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明的注漿模擬裝置的壓力板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明的注漿模擬裝置的頂蓋結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明的注漿模擬裝置的注水裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明的注漿模擬裝置的注漿裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施方式的限制。

除非另有其它明確表示，否則在整個(gè)說(shuō)明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語(yǔ)“包括”或其變換如“包含”或“包括有”等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它元件或其它組成部分。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方式的注漿模擬裝置具體包括：液壓千斤頂1、試驗(yàn)架2、充填模擬模型桶3、注水裝置4和注漿裝置5，其中，液壓千斤頂1固定到試驗(yàn)架2上，充填模擬模型桶3放置在試驗(yàn)架2上，并位于液壓千斤頂1的下方。注漿裝置5的注漿軟管與充填模擬模型桶3的注漿接頭螺紋連接；注水裝置4的注水軟管與充填模擬模型桶3的注水接頭螺紋連接；液壓千斤頂1作為頂部加壓裝置壓在充填模擬模型桶3的壓力板上，壓力板通過(guò)三根頂桿給透水壓板壓力，透水壓板給內(nèi)部介質(zhì)進(jìn)行加壓，模型桶壁、底蓋和透水壓板均給內(nèi)部介質(zhì)壓力，從而模擬地層三維壓力，從而模擬不同地層深度或高壓地層的漿液擴(kuò)散規(guī)律。

具體來(lái)講，如圖2至圖6所示，充填模擬模型桶3包括：介質(zhì)充填桶36、底蓋33、頂蓋315、透水壓板38、頂桿311和壓力板312。其中，介質(zhì)充填桶36為兩端開(kāi)口的圓柱桶狀，頂蓋315蓋設(shè)在介質(zhì)充填桶36的上端開(kāi)口，底蓋33通過(guò)螺栓34固定蓋設(shè)在介質(zhì)充填桶36的下端開(kāi)口，頂蓋315與介質(zhì)充填桶36之間設(shè)置有密封圈35，底蓋33與介質(zhì)充填桶36之間設(shè)置有密封圈35。頂桿311通過(guò)動(dòng)密封圈314能夠軸向移動(dòng)的穿設(shè)在頂蓋315內(nèi)，壓力板312通過(guò)螺釘313固定在頂桿311的外端(頂端)，透水壓板38能夠上下移動(dòng)的布設(shè)在介質(zhì)充填桶36內(nèi)，頂桿311的內(nèi)端與透水壓板38接觸抵壓，透水壓板38與底蓋33之間形成注漿艙室317。頂蓋315設(shè)置有注水接頭310及注水口密封圈39，注水接頭310用于與注水裝置4的注水軟管連接。介質(zhì)充填桶36的側(cè)面設(shè)置有注漿接頭316，注漿接頭316的內(nèi)側(cè)連接有注漿管37，注漿接頭316的外側(cè)用于與注漿裝置5的注漿軟管連接。注漿管與注漿接頭采用螺紋連接，注漿管可替換，可設(shè)計(jì)多套噴出孔的數(shù)量和排布都不同的注漿管，測(cè)試在不同的環(huán)境下不同注漿噴出孔數(shù)量和排布對(duì)漿液擴(kuò)散規(guī)律的影響。底蓋33的中部設(shè)置有泄水閥門31，泄水閥門31的周圍分別設(shè)置有第一傳感器孔塞32和第二傳感器孔塞318。優(yōu)選的，頂桿311為并列設(shè)置的三根。底蓋、頂蓋、注水接口、注漿接口、具有密封圈，傳感器口具有尼龍管密封或塞密封，頂桿有動(dòng)密封圈，能夠模擬無(wú)水、不同水壓下的靜水、不同流速下的動(dòng)水三種環(huán)境下漿液擴(kuò)散規(guī)律。當(dāng)不使用注水裝置時(shí)，可模擬無(wú)水環(huán)境；將泄水閥門關(guān)閉時(shí)，并設(shè)定不同注水壓力后，模擬的是固定壓力下靜水環(huán)境；將泄水閥門打開(kāi)時(shí)，并設(shè)定不同注水壓力后，模擬的是不同流速動(dòng)水環(huán)境。

如圖7所示，注水裝置4包括：儲(chǔ)水箱43、加壓氣泵45、注氣軟管46、注水軟管41、控水閥門42和第一壓力表44。其中，加壓氣泵45通過(guò)注氣軟管46與儲(chǔ)水箱43連接，儲(chǔ)水箱43通過(guò)注水軟管41與注水接頭310連接，控水閥門42設(shè)置在注水軟管41上，加壓氣泵45和儲(chǔ)水箱43均設(shè)置有第一壓力表44。

如圖8所示，注漿裝置5包括：注漿小車55、注漿泵51、注漿軟管53、控漿閥門52和第二壓力表54。其中，注漿泵51與注漿小車55連接，注漿泵51通過(guò)注漿軟管53與注漿接頭316連接，控漿閥門52設(shè)置在注漿軟管53上，注漿小車55和注漿泵51均設(shè)置有第二壓力表54。

裝配時(shí)，先組裝充填模擬模型桶。(1)安裝底蓋及注漿管，將泄水閥門安裝在底蓋上，模擬動(dòng)水環(huán)境打開(kāi)閥門，其他環(huán)境關(guān)閉閥門；將傳感器線放入尼龍管內(nèi)并通過(guò)傳感器接口，模擬靜水環(huán)境時(shí)，進(jìn)行膠密封，若不需使用傳感器則安裝傳感器塞，將密封圈放入充填模擬模型桶中底部密封槽內(nèi)，用螺栓將底蓋和模型桶連接；將選定的注漿管與注漿管接口螺紋連接，安裝到模型桶上。將模型桶放置在試驗(yàn)架上。(2)裝上介質(zhì)及傳感器，在模型桶內(nèi)底蓋上覆一層防滲土工布，隨后在其中分層填入被注介質(zhì)，根據(jù)所需布置的傳感器的數(shù)量和方式，確定每層介質(zhì)的厚度，達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，放上透水壓板；(3)安裝頂蓋，將動(dòng)密封圈放入頂蓋密封槽內(nèi)，安裝上三根頂桿，用螺釘將頂桿安裝在壓力板上。將密封圈放入充填模擬模型桶中密封槽內(nèi)，用螺栓將頂蓋和模型桶連接。然后組裝整個(gè)注漿模擬裝置的模擬方法。(1)使用螺栓將液壓千斤頂固定到試驗(yàn)架上；(2)將注漿軟管與模型桶的注漿接頭螺紋連接；(3)將注水軟管與模型桶的注水接頭螺紋連接。

利用該注漿模擬裝置模擬注漿漿液在地層空隙中擴(kuò)散的包括以下步驟：

首先，頂部加壓；將液壓千斤頂?shù)幕钊麠U伸長(zhǎng)壓到壓力板上，然后通過(guò)壓力板、頂桿向透水壓板加壓，加壓到指定的壓力后，保持不動(dòng)。

然后，注水；向儲(chǔ)水箱中加水，打開(kāi)加壓氣泵，待儲(chǔ)水桶內(nèi)壓力表讀數(shù)達(dá)到設(shè)定值后，開(kāi)啟控水閥門進(jìn)行注水，根據(jù)氣壓表讀數(shù)隨時(shí)調(diào)節(jié)氣泵壓力使桶內(nèi)壓力保持在穩(wěn)定值；模擬靜水環(huán)境時(shí)，達(dá)到設(shè)定時(shí)間后進(jìn)行注漿，模擬動(dòng)水環(huán)境時(shí)，當(dāng)泄水閥門有勻速水流出后進(jìn)行注漿。若模擬的是無(wú)水環(huán)境，此步驟省略。

之后，注漿；將配置攪拌好的漿液倒入注漿小車內(nèi)，開(kāi)啟控漿閥門，打開(kāi)注漿泵，開(kāi)始注漿，3-5分鐘內(nèi)注漿壓力將穩(wěn)定在特定值，模擬無(wú)水或靜水時(shí)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的注漿時(shí)間，注漿結(jié)束，模擬動(dòng)水環(huán)境時(shí)，當(dāng)?shù)咨w泄水閥門不在有水流出時(shí)，注漿結(jié)束。關(guān)閉注漿泵，關(guān)閉注漿閥門，將注漿小車內(nèi)的漿液倒出，并清洗注漿裝置。注漿過(guò)程中，記錄各傳感器的壓力，注漿結(jié)束后，關(guān)閉控水閥門和加壓氣泵，壓力消散后拆除注水軟管。

最后，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；注漿步驟結(jié)束后，待注漿固結(jié)體在模型桶中養(yǎng)護(hù)達(dá)到一定的時(shí)間后，拆除模形桶頂蓋，取出固結(jié)體，觀察記錄漿液擴(kuò)散范圍、形態(tài)等。同時(shí)可取樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，測(cè)量固結(jié)體的強(qiáng)度。

綜上，該注漿模擬裝置的模擬方法具有頂部加壓裝置，能夠模擬不同地層深度或高壓地層的漿液擴(kuò)散規(guī)律；而且能夠根據(jù)實(shí)際地質(zhì)環(huán)境來(lái)設(shè)置模擬試驗(yàn)環(huán)境，符合工程實(shí)踐的需求。還能夠測(cè)試在不同的環(huán)境下不同注漿噴出孔數(shù)量和排布對(duì)漿液擴(kuò)散規(guī)律的影響。

前述對(duì)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施方案的描述是為了說(shuō)明和例證的目的。這些描述并非想將本發(fā)明限定為所公開(kāi)的精確形式，并且很顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，可以進(jìn)行很多改變和變化。對(duì)示例性實(shí)施例進(jìn)行選擇和描述的目的在于解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種不同的示例性實(shí)施方案以及各種不同的選擇和改變。本發(fā)明的范圍意在由權(quán)利要求書及其等同形式所限定。