本實用新型涉及鉆探灌漿領域，尤其是一種用于砂礫石覆蓋層地基防滲處理工程的灌漿模擬裝置。

背景技術：

隨著水電事業(yè)的飛速發(fā)展，水電站的開發(fā)逐步向西部高原和峽谷流域展開，建壩條件越來越復雜，尤其是在西部大開發(fā)機遇下重點建設的地區(qū)，山高谷深、水湍峽長、覆蓋層深厚、地質條件復雜。如何做好深厚覆蓋層條件下電站的基礎防滲體系是當今解決我國西部地區(qū)水電開發(fā)的關鍵技術問題之一，而在深厚砂卵礫石層中進行帷幕灌漿，國內(nèi)設計與施工經(jīng)驗很少。有很多問題，例如帷幕布置方式、灌漿壓力、灌漿方法、灌漿漿材、鉆灌工藝等均需要在施工前通過試驗研究予以確定。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供砂礫石層灌漿模擬裝置，可以解決在深厚砂卵礫石層中進行帷幕灌漿無經(jīng)驗的問題，在室內(nèi)模擬砂礫石層進行各項灌漿試驗，通過試驗模型可觀察套閥管的開環(huán)情況、壓力隨滲流方向的衰減情況、漿液的擴散情況及灌后地層的抗?jié)B性能等，以此比較直觀的方式來探求深厚砂礫石層灌漿合適的灌漿材料與施工工藝，驗證灌漿參數(shù)的合理性，有效地解決了模擬砂礫石層室內(nèi)灌漿試驗的技術難題。

為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是：一種砂礫石層灌漿模擬裝置，

包括底筒，底筒以及兩側板通過多個螺栓連接，各連接處設置密封層后組成灌漿模擬筒體；

底筒由底部筒體和環(huán)繞底部筒體外緣設置的底部外緣板組成，底部筒體的底部板體的中心位置上設置有與套管相配合的定位環(huán)，底部筒體上對稱設置有兩根帶底部閘閥的底筒排水管；

組成灌漿模擬筒體側壁的兩側板上分別連通有帶壓力表和閘閥的第一出漿/水管和第二出漿/水管，兩根第一出漿/水管對稱設置，兩根第二出漿/水管對稱設置，第二出漿/水管伸入灌漿模擬筒體內(nèi)的長度大于第一出漿/水管伸入灌漿模擬筒體內(nèi)的長度；

灌漿模擬筒體的兩側板上端通過兩頂板連接，各連接處設置密封層后形成帶頂板的灌漿模擬筒體；

兩頂板連接處的中心位置上開設有與套閥管相配合的凹槽，帶壓力表和閘閥的頂部排氣進水管穿過頂板伸入灌漿模擬筒體內(nèi)。

密封層為橡膠墊片，分別設置于底筒、兩側板以及兩塊頂板的各連接處，再通過螺栓連接。

第二出漿/水管伸入灌漿模擬筒體內(nèi)的長度比第一出漿/水管伸入灌漿模擬筒體內(nèi)的長度多20厘米。

一種利用上述砂礫石層灌漿模擬裝置進行砂礫石層灌漿模擬試驗的方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟1：采用螺栓連接方式將底筒以及兩側板拼裝組成灌漿模擬筒體；

步驟2：將套管通過定位環(huán)定位于灌漿模擬筒體底部板體的中心位置上；

步驟3：將步驟2組裝好的灌漿模擬筒體放在電動振動篩上，向灌漿模擬筒體內(nèi)分層填筑并灑水、振搗密實砂礫石料至筒頂，完成砂礫石層14的填筑；

步驟4：向套管內(nèi)灌注填料后，將套閥管平穩(wěn)地放入到套管內(nèi)；

步驟5：拔除套管后，將填料補滿；

步驟6：將兩塊頂板之間通過螺栓連接，將套閥管通過兩塊頂板之間的凹槽形成的孔置于灌漿模擬筒體的中心位置后，再將兩塊頂板與兩側板螺栓連接緊固形成帶頂板的灌漿模擬筒體，即組裝完成帶有砂礫石層的砂礫石層灌漿模擬裝置；

步驟7：待凝3天后進行各項砂礫石層灌漿模擬試驗，砂礫石層灌漿模擬試驗主要有：

套閥管開環(huán)試驗、漿液擴散半徑試驗、漿液垂直擴散距離試驗以及灌漿方法試驗，

記錄試驗結果；

步驟8：對試驗過程中各個有出漿的管口進行通水沖洗；

步驟9：待凝14天后進行壓水試驗；

步驟10：灌后拆模觀測：先后拆除砂礫石層灌漿模擬裝置的兩頂板及兩側板，對局部無漿液擴散的地方輔以人工掏挖后，觀測模型中模擬的砂礫石料層的灌漿效果，

即完成灌漿模擬試驗。

步驟7中套閥管開環(huán)試驗的過程為：

將液壓式灌漿塞阻塞于套閥管內(nèi)單環(huán)孔或雙環(huán)孔段上，采用水固比5∶1的稀膨潤土水泥漿開環(huán)后，換用灌漿漿液進行灌漿至結束；通過觀測四根第一出漿/水管和第二出漿/水管管口的出漿情況、壓力，以及灌后壓水和拆模后觀測，對比在不同開環(huán)條件下的開環(huán)效果、漿液擴散范圍大小及壓力隨滲流方向的衰減情況，在驗證套殼料及灌漿效果的基礎上，確定每次開環(huán)灌漿的環(huán)孔數(shù)。

步驟7中漿液擴散半徑試驗的過程為：

在砂礫石層灌漿模擬裝置中分別模擬中等透水地層、強透水地層，將液壓式灌漿塞阻塞于套閥管內(nèi)灌漿孔段上，采用水泥漿、膨潤土水泥漿等不同灌漿漿材，以及1MPa、2MPa、3MPa等不同灌漿壓力進行漿液擴散半徑試驗；通過觀兩根第一出漿/水管和兩根第二出漿/水管管口的出漿情況，以及灌后拆模觀測，分別繪制出中等透水地層、強透水地層中不同灌漿漿材、不同灌漿壓力下的漿液擴散半徑曲線圖，為擬定帷幕灌漿參數(shù)提供參考。

步驟7中漿液垂直擴散距離試驗的過程為：

在砂礫石層灌漿模擬裝置中模擬中等透水地層，將液壓式灌漿塞分別阻塞于出漿環(huán)距為35厘米、50厘米的套閥管內(nèi)的灌漿孔段上，采用水泥漿、膨潤土水泥漿等不同灌漿漿材，以及1MPa、2MPa、3MPa等不同灌漿壓力進行漿液垂直擴散距離試驗；通過灌后拆模觀測漿液垂直的擴散距離，分別繪制出中等透水地層中不同灌漿漿材、不同灌漿壓力下的漿液垂直擴散距離曲線圖，為擬定適宜的出漿環(huán)距等灌漿參數(shù)提供參考，以確保相鄰灌漿環(huán)/段間的有效搭接。

步驟7中灌漿方法試驗的過程為：

在砂礫石層灌漿模擬裝置中模擬強透水地層分別進行自上而下、自下而上分段灌漿法試驗；采用1MPa的灌漿壓力、1∶1的水泥漿液、純壓式灌漿方式分2環(huán)/段灌注，第1環(huán)/段以兩根第一出漿/水管和兩根第二出漿/水管管口出漿后結束灌注，第2環(huán)/段以在1MPa的灌漿壓力下續(xù)灌2min結束；待凝7d后進行壓水試驗，并進行拆模后觀測灌漿效果對比，以此方式為灌漿方法的選擇提供參考。

步驟9中壓水試驗的過程為：

灌后壓水試驗采用灌漿泵從上部的兩根頂部排氣進水管進水加壓，為確保各管口內(nèi)通暢，灌漿后應及時插入細鋼管對有出漿的管口進行通水沖洗，灌后壓水試驗一般開始壓力為0.5MPa，測得穩(wěn)定滲流流量后再加壓到1.0MPa進行壓水試驗。

本實用新型提供的砂礫石層灌漿模擬裝置，有益效果如下：

1、能模擬不同透水地層，操作簡單、方便，可直觀地觀測灌漿試驗過程、對比不同試驗參數(shù)的灌漿效果。

2、結構簡單，安裝、拆卸方便，可以重復使用，費用低，達到了降低試驗設備成本的效果。

3、試驗方法操作簡單、快捷、高效、安全，可進行多項灌漿試驗，達到了大幅降低灌漿試驗成本、加快灌漿試驗研究進度和確保灌漿試驗質量的有益效果。

4、可較直觀地觀察套閥管的開環(huán)情況、壓力隨滲流方向的衰減情況、漿液的擴散情況及灌后地層的抗?jié)B性能等，達到探求深厚砂礫石層灌漿合適的灌漿材料與施工工藝、驗證灌漿參數(shù)合理性的目的，有效地解決了模擬砂礫石層室內(nèi)灌漿試驗的技術難題。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明：

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為本實用新型的底筒的俯視圖；

圖3為本實用新型的底筒的主視圖；

圖4為本實用新型的側板示意圖；

圖5為本實用新型的連接在一起的兩頂板的俯視圖；

圖6為本實用新型的連接在一起的兩頂板的主視圖；

圖7為采用本實用新型裝置進行試驗的示意圖。

具體實施方式

實施例一

如圖1-6所示，一種砂礫石層灌漿模擬裝置，

包括底筒1，底筒1以及兩側板2通過多個螺栓6連接，各連接處設置密封層10后組成灌漿模擬筒體；

底筒1由底部筒體和環(huán)繞底部筒體外緣設置的底部外緣板1-2組成，底部筒體的底部板體1-1的中心位置上設置有與套管11相配合的定位環(huán)16，底部筒體上對稱設置有兩根帶底部閘閥8的底筒排水管9；

底部筒體直徑為200厘米，高5厘米；中心位置上的定位環(huán)16直徑為10毫米，高為2厘米；外側排水管采用外徑20毫米鋼管，長20厘米。

組成灌漿模擬筒體側壁的兩側板2上分別連通有帶壓力表和閘閥的第一出漿/水管4和第二出漿/水管7，兩根第一出漿/水管4對稱設置，兩根第二出漿/水管7對稱設置，第二出漿/水管7伸入灌漿模擬筒體內(nèi)的長度大于第一出漿/水管4伸入灌漿模擬筒體內(nèi)的長度；

側板2為橫截面為半圓形的側板，半圓弧直徑為200厘米，高65厘米；

第一出漿/水管4和第二出漿/水管7的外徑為32毫米，第一出漿/水管4伸入灌漿模擬筒體內(nèi)的長度為30毫米，第二出漿/水管7伸入灌漿模擬筒體內(nèi)的長度為50毫米；

灌漿模擬筒體的兩側板2上端通過兩頂板3連接，各連接處設置密封層10后形成帶頂板的灌漿模擬筒體，帶頂板的灌漿模擬筒體能承受3MPa灌漿壓力。

兩頂板3連接處的中心位置上開設有與套閥管12相配合的凹槽15，帶壓力表和閘閥的頂部排氣進水管5穿過頂板3伸入灌漿模擬筒體內(nèi)；

頂板3為直徑處設有連接板3-1的半圓形板，直徑為200厘米，凹槽17為半圓形凹槽，直徑為9.8毫米，排氣進水管5采用直徑為32毫米鋼管，露出灌漿模擬筒體的長度20厘米，伸入灌漿模擬筒體內(nèi)的長度為15厘米。

密封層10為橡膠墊片，分別設置于底筒1、兩側板2以及兩塊頂板3的各連接處，再通過螺栓6連接。

第二出漿/水管7伸入灌漿模擬筒體內(nèi)的長度比第一出漿/水管4伸入灌漿模擬筒體內(nèi)的長度多20厘米。

實施例二

如圖7所示，一種利用上述砂礫石層灌漿模擬裝置進行砂礫石層灌漿模擬試驗的方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：采用螺栓連接方式將底筒1以及兩側板2拼裝組成灌漿模擬筒體；

步驟2：將套管11通過定位環(huán)16定位于灌漿模擬筒體底部板體1-1的中心位置上；

步驟3：將步驟2組裝好的灌漿模擬筒體放在電動振動篩上，向灌漿模擬筒體內(nèi)分層填筑并灑水、振搗密實砂礫石料至筒頂，完成砂礫石層14的填筑；

步驟4：向套管11內(nèi)灌注填料13后，將套閥管12平穩(wěn)地放入到套管11內(nèi)；

步驟5：拔除套管11后，將填料13補滿；

步驟6：將兩塊頂板3之間通過螺栓連接，將套閥管12通過兩塊頂板3之間的凹槽15形成的孔置于灌漿模擬筒體的中心位置后，再將兩塊頂板3與兩側板2螺栓連接緊固形成帶頂板的灌漿模擬筒體，即組裝完成帶有砂礫石層的砂礫石層灌漿模擬裝置；

步驟7：待凝3天后進行各項砂礫石層灌漿模擬試驗，砂礫石層灌漿模擬試驗主要有：

套閥管開環(huán)試驗、漿液擴散半徑試驗、漿液垂直擴散距離試驗以及灌漿方法試驗，

記錄試驗結果；

步驟8：對試驗過程中各個有出漿的管口進行通水沖洗；

步驟9：待凝14天后進行壓水試驗；

步驟10：灌后拆模觀測：先后拆除砂礫石層灌漿模擬裝置的兩頂板3及兩側板2，對局部無漿液擴散的地方輔以人工掏挖后，觀測模型中模擬的砂礫石料層的灌漿效果，

即完成灌漿模擬試驗。

套管11的外徑為146毫米，套閥管12的外徑為89毫米。

步驟7中套閥管開環(huán)試驗的過程為：

將液壓式灌漿塞阻塞于套閥管內(nèi)單環(huán)孔或雙環(huán)孔段上，采用水固比5∶1的稀膨潤土水泥漿開環(huán)后，換用灌漿漿液進行灌漿至結束；通過觀測兩根第一出漿/水管4和兩根第二出漿/水管7管口的出漿情況、壓力，以及灌后壓水和拆模后觀測，對比在不同開環(huán)條件下的開環(huán)效果、漿液擴散范圍大小及壓力隨滲流方向的衰減情況，在驗證套殼料及灌漿效果的基礎上，確定每次開環(huán)灌漿的環(huán)孔數(shù)。

步驟7中漿液擴散半徑試驗的過程為：

在砂礫石層灌漿模擬裝置中分別模擬中等透水地層、強透水地層，將液壓式灌漿塞阻塞于套閥管內(nèi)灌漿孔段上，采用水泥漿、膨潤土水泥漿等不同灌漿漿材，以及1MPa、2MPa、3MPa等不同灌漿壓力進行漿液擴散半徑試驗；通過觀兩根第一出漿/水管4和兩根第二出漿/水管7管口的出漿情況，以及灌后拆模觀測，分別繪制出中等透水地層、強透水地層中不同灌漿漿材、不同灌漿壓力下的漿液擴散半徑曲線圖，為擬定帷幕灌漿參數(shù)提供參考。

步驟7中漿液垂直擴散距離試驗的過程為：

在砂礫石層灌漿模擬裝置中模擬中等透水地層，將液壓式灌漿塞分別阻塞于出漿環(huán)距為35厘米、50厘米的套閥管12內(nèi)的灌漿孔段上，采用水泥漿、膨潤土水泥漿等不同灌漿漿材，以及1MPa、2MPa、3MPa等不同灌漿壓力進行漿液垂直擴散距離試驗；通過灌后拆模觀測漿液垂直上下方向的擴散距離，分別繪制出中等透水地層中不同灌漿漿材、不同灌漿壓力下的漿液垂直擴散距離曲線圖，為擬定適宜的出漿環(huán)距等灌漿參數(shù)提供參考，以確保相鄰灌漿環(huán)/段間的有效搭接。

步驟7中灌漿方法試驗的過程為：

在砂礫石層灌漿模擬裝置中模擬強透水地層分別進行自上而下、自下而上分段灌漿法試驗；采用1MPa的灌漿壓力、1∶1的水泥漿液、純壓式灌漿方式分2環(huán)/段灌注，第1環(huán)/段以兩根第一出漿/水管4和兩根第二出漿/水管7管口出漿后結束灌注，第2環(huán)/段以在1MPa的灌漿壓力下續(xù)灌2min結束；待凝7d后進行壓水試驗，并進行拆模后觀測灌漿效果對比，以此方式為灌漿方法的選擇提供參考。

步驟9中壓水試驗的過程為：

灌后壓水試驗采用灌漿泵從上部的兩根頂部排氣進水管5進水加壓，為確保各管口內(nèi)通暢，灌漿后應及時插入細鋼管對有出漿的管口進行通水沖洗，灌后壓水試驗一般開始壓力為0.5MPa，測得穩(wěn)定滲流流量后再加壓到1.0MPa進行壓水試驗。