一种钻孔裂隙岩样保真密封及固结灌浆装置

1.本实用新型涉及固结灌浆技术领域，特别涉及一种钻孔裂隙岩样保真密封及固结灌浆装置。


背景技术：

2.固结灌浆是利用钻孔将高标号的水泥浆液或化学浆液压入岩体中，使岩体填充、黏结裂隙，达到提高岩体强度和刚度的目的，被广泛应用于建筑物基岩加固、地下洞室围岩加固等工程领域。为了评价工程岩体固结灌浆效果，需要测试岩体灌浆后的力学性质，主要通过两种方式实现，一是在工程现场钻取灌浆后的岩芯开展测试，二是在实验室对岩样进行灌浆后开展测试。相比之下，后者能够显著节约测试成本，因此普遍采用后者开展测试研究。
3.然而由于缺乏成熟的固结灌浆装置，室内固结灌浆效果差、灌浆效率低，并不能很好地模拟现场固结灌浆的工程效果，难以实现保真灌浆。例如，现场固结灌浆通常采用有压灌浆，而室内固结灌浆大多采用无压灌浆，浆液难以充分渗入裂隙，不能保证固结灌浆的真实效果；即便采用有压灌浆，由于岩样的密封效果不好，导致岩样裂隙产生扩张或者水力压裂破坏，从而破坏了裂缝张开度的真实性。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的上述问题，本实用新型提供了一种钻孔裂隙岩样保真密封及固结灌浆装置，解决现有技术中的岩样灌浆装置不能很好地模拟现场固结灌浆的工程效果，难以实现保真灌浆的问题。
5.为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：
6.提供一种钻孔裂隙岩样保真密封及固结灌浆装置，包括两端具有开口呈中空柱状结构的中筒，中筒用于安装固定岩样，中筒的顶部设置有上盖，中筒的底部设置有下盘；上盖与中筒的顶部可拆卸密封连接，上盖呈圆盘结构，上盖的上表面中心处设置有进浆球阀，进浆球阀穿过上盖用于与岩样中心处的钻孔连通，进浆球阀两侧分别设置有一个出浆球阀；
7.下盘与中筒的底部可拆卸密封连接，下盘上对称设置有两条分隔板插槽，两条分隔板插槽内分别设置有分隔板，两个分割板将中筒分割为两个空腔，两个空腔用于浇筑透水混凝土，两个出浆球阀穿过上盖分别与两个空腔连通。
8.本方案中的钻孔裂隙岩样保真密封及固结灌浆装置的基本原理为：首先将中心处具有钻孔的岩样放置在中筒内，上盖和下盘分别密封设置在中筒的两端，进浆球阀与注浆系统相连接，实现浆液的注入；浆液从钻孔向岩样裂隙处流动，直至浆液分别从两个出浆球阀流出，保障浆液的流动路径为进浆球阀、岩样钻孔、裂隙岩样、多孔橡胶模、透水混凝土、出浆球阀的单向流动；同时透水混凝土的作用是约束岩样，避免岩样受水力压裂作用产生扩张或破坏，实现保真密封，能很好地模拟现场固结灌浆的工程效果，保证固结灌浆效果的
真实性，为评价工程岩体固结灌浆效果提供真实的实验数据；分隔板的设置，将透水混凝土分割成两个半圆环，方便灌浆后脱模。
9.进一步地，上盖的上表面设置有三个上盖螺纹通孔，三个上盖螺纹通孔其中一个位于上盖的上表面中心处且与岩样中心处的钻连通，其余两个上盖螺纹通孔位于上盖中心两侧，且分别与两个空腔连通；
10.进浆球阀与位于上盖的上表面中心处的上盖螺纹通孔螺纹连接；两个出浆球阀分别与其余两个上盖螺纹通孔螺纹连接；使得进浆球阀和出浆球阀可以快速拆卸和装配，能够实现不同浆液的注入，灌浆效率高。
11.进一步地，为了实现上盖、中筒和下盘之间的密封连接，且实现拆分和组装方便，中筒的两端均为法兰盘结构，中筒的两端的边缘处均匀布置有六个中筒圆孔，上盖上设置有六个上盖圆孔，下盘上设置有六个下盘圆孔，多组螺栓组件分别穿过六个上盖圆孔、六个中筒圆孔和六个下盘圆孔后紧固，实现锁紧整个灌浆装置。
12.进一步地，为了实现保真密封，达到很好地模拟现场固结灌浆的工程效果，中筒的两端均设置有用于安装o型橡胶密封圈的密封圈凹槽；上盖的内端面设置有上盖凸台，上盖凸台的外径与中筒顶部内径匹配，上盖凸台的端面位于中筒内；下盘内端面设置有下盘凸台，下盘凸台的外径与中筒底部内径匹配，下盘凸台的端面位于中筒内；两条分隔板插槽分别设置在下盘凸台上。密封圈凹槽深度小于o型橡胶密封圈，锁紧转置后能够紧压o型密封圈，起到密封效果。
13.进一步地，中筒两端的边缘处均设置有三个中筒螺纹通孔，每个中筒螺纹通孔内均螺纹连有一个六角头螺栓。拧进六角头螺栓将上盖和下盘顶出，方便拆模。
14.进一步地，钻孔裂隙岩样保真密封及固结灌浆装置还包括用于套设在岩样外壁的多孔橡胶模，多孔橡胶模能够极大地减少透水混凝土与岩样的黏结面积，与脱模分隔板联合使用，便于灌浆后从透水混凝土中取出岩样。
15.进一步地，钻孔裂隙岩样保真密封及固结灌浆装置还包括上盖圆环橡胶垫和下盘圆环橡胶垫，上盖圆环橡胶垫设置在上盖凸台和岩样上端面之间；下盘圆环橡胶垫设置在下盘凸台和岩样下端面之间。上盖圆环橡胶垫和下盘圆环橡胶垫的内环直径略大于岩样钻孔直径，外环直径略大于岩样外径，上盖圆环橡胶垫和下盘圆环橡胶垫厚度需要大于上盖和下盘间距与岩样高度之差，从而保证橡胶垫与岩样、上盖、下盘紧密接触，充分发挥止水作用，保障浆液的流动路径为进浆球阀、岩样钻孔、裂隙岩样、多孔橡胶模、透水混凝土、出浆球阀的单向流动。
16.进一步地，下盘凸台中心处设置有插销孔，插销孔内设置有插销，插销的外径与岩样钻孔内径匹配，插销插入岩样钻孔内。插销孔直径与岩样钻孔直径相同，便于插销固定岩样位置。
17.本实用新型的有益效果为：1、本方案中的钻孔裂隙岩样保真密封及固结灌浆装置，安装拆卸方便，可重复利用，能够实现不同浆液的注入，灌浆效率高。
18.2、由于在岩样四周浇筑透水混凝土，可以有效约束岩样的变形，避免岩样在浆液压力作用下产生扩张或水力破坏，保证固结灌浆效果的真实性，实现对岩样的保真密封。
19.3、由于采用了上盖圆环橡胶垫下和盘圆环橡胶垫，橡胶垫与岩样、上盖、下盘紧密接触，充分发挥止水作用，避免浆液沿岩样和上盖、下盘的接触面流动，有效控制浆液流经
岩样，提高固结灌浆效果。
附图说明
20.图1为钻孔裂隙岩样保真密封及固结灌浆装置的三维结构示意图。
21.图2为钻孔裂隙岩样保真密封及固结灌浆装置的正视结构示意图。
22.图3为上盖的结构示意图。
23.图4为中筒的结构示意图。
24.图5为下盘的结构示意图。
25.图6为图2中a-a方向的结构示意图。
26.图7为图2中b-b方向的结构示意图。
27.其中，1、中筒；101、中筒圆孔；102、中筒螺纹通孔；2、上盖；201、上盖螺纹通孔；202、上盖圆孔；203、上盖凸台；3、下盘；301、下盘圆孔；302、下盘凸台；303、插销孔；4、进浆球阀；5、出浆球阀；6、分隔板插槽；7、密封圈凹槽；8、o型橡胶密封圈；9、六角头螺栓；10、多孔橡胶模；11、上盖圆环橡胶垫；12、下盘圆环橡胶垫；13、插销；14、岩样；15、钻孔；16、透水混凝土；17、分隔板。
具体实施方式
28.下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。
29.如图1～7所示，本实用新型提供的一种钻孔裂隙岩样保真密封及固结灌浆装置，包括两端具有开口呈中空柱状结构的中筒1，中筒1用于安装固定岩样14，中筒1的顶部设置有上盖2，中筒1的底部设置有下盘3；上盖2与中筒1的顶部可拆卸密封连接，上盖2呈圆盘结构，上盖2的上表面中心处设置有进浆球阀4，进浆球阀4穿过上盖2用于与岩样14中心处的钻孔15连通，进浆球阀4两侧分别设置有一个出浆球阀5。
30.下盘3与中筒1的底部可拆卸密封连接，下盘3上对称设置有两条分隔板插槽6，两条分隔板插槽6内分别设置有分隔板17，两个分割板将中筒1分割为两个空腔，两个空腔用于浇筑透水混凝土16，两个出浆球阀5穿过上盖2分别与两个空腔连通。
31.本方案中的钻孔裂隙岩样保真密封及固结灌浆装置的基本原理为：首先将中心处具有钻孔15的岩样14放置在中筒1内，上盖2和下盘3分别密封设置在中筒1的两端，进浆球阀4与注浆系统相连接，实现浆液的注入；浆液从钻孔15向岩样14裂隙处流动，直至浆液分别从两个出浆球阀5流出，保障浆液的流动路径为进浆球阀4、岩样钻孔15、裂隙岩样14、多孔橡胶模10、透水混凝土16、出浆球阀5的单向流动；同时透水混凝土16的作用是约束岩样14，避免岩样14受水力压裂作用产生扩张或破坏，实现保真密封，能很好地模拟现场固结灌浆的工程效果，保证固结灌浆效果的真实性，为评价工程岩体固结灌浆效果提供真实的实验数据；分隔板17的设置，将透水混凝土16分割成两个半圆环，方便灌浆后脱模。
32.作为上盖2的一种具体设置方式，上盖2的上表面设置有三个上盖螺纹通孔201，三个上盖螺纹通孔201其中一个位于上盖2的上表面中心处且与岩样14中心处的钻孔连通，其
余两个上盖螺纹通孔201位于上盖2中心两侧，且分别于两个空腔连通；
33.进浆球阀4与位于上盖2的上表面中心处的上盖螺纹通孔201螺纹连接；两个出浆球阀5分别与其余两个上盖螺纹通孔201螺纹连接；使得进浆球阀4和出浆球阀5可以快速拆卸和装配，能够实现不同浆液的注入，灌浆效率高。
34.为了实现上盖2，中筒1和下盘3之间的密封连接，且实现拆分和组装方便，中筒1的两端均为法兰盘结构，中筒1的两端的边缘处均匀布置有六个中筒圆孔101，上盖2上设置有六个上盖圆孔202，下盘3上设置有六个下盘圆孔301，多组螺栓组件分别穿过六个上盖圆孔202、六个中筒圆孔101和六个下盘圆孔301后紧固，实现锁紧整个灌浆装置。
35.为了实现保真密封，达到很好地模拟现场固结灌浆的工程效果，中筒1的两端均设置有用于安装o型橡胶密封圈8的密封圈凹槽7；上盖2的内端面设置有上盖凸台203，上盖凸台203的外径与中筒1顶部内径匹配，上盖凸台203的端面位于中筒1内；下盘3内端面设置有下盘凸台302，下盘凸台302的外径与中筒1底部内径匹配，下盘凸台302的端面位于中筒1内；两条分隔板插槽6分别设置在下盘凸台302上。密封圈凹槽7深度小于o型橡胶密封圈8，锁紧转置后能够紧压o型密封圈，起到密封效果。
36.中筒1两端的边缘处均设置有三个中筒螺纹通孔，每个中筒螺纹通孔内均螺纹连有一个六角头螺栓9。拧进六角头螺栓9将上盖2和下盘3顶出，方便拆模。
37.钻孔裂隙岩样保真密封及固结灌浆装置还包括用于套设在岩样14外壁的多孔橡胶模10，多孔橡胶模10能够极大地减少透水混凝土16与岩样14的黏结面积，与脱模分隔板17联合使用，便于灌浆后从透水混凝土16中取出岩样14。
38.钻孔裂隙岩样保真密封及固结灌浆装置还包括上盖圆环橡胶垫11和下盘圆环橡胶垫12，上盖圆环橡胶垫11设置在上盖凸台203和岩样14上端面之间；下盘圆环橡胶垫12设置在下盘凸台302和岩样14下端面之间。上盖圆环橡胶垫11和下盘圆环橡胶垫12的内环直径略大于岩样钻孔15直径，外环直径略大于岩样外径，上盖圆环橡胶垫11和下盘圆环橡胶垫12厚度需要大于上盖2和下盘3间距与岩样14高度之差，从而保证橡胶垫与岩样14、上盖2、下盘3紧密接触，充分发挥止水作用，保障浆液的流动路径为进浆球阀4、岩样钻孔15、裂隙岩样14、多孔橡胶模10、透水混凝土16、出浆球阀5的单向流动。
39.下盘凸台302中心处设置有插销孔303，插销孔303内设置有插销13，插销13的外径与岩样钻孔15内径匹配，插销13插入岩样钻孔15内。插销孔303直径与岩样钻孔15直径相同，便于插销13固定岩样14位置。
40.钻孔裂隙岩样保真密封及固结灌浆装置的组装过程为：将下盘3放置于地面上，在下盘3插销孔303内放入定位插销，将下盘圆环橡胶垫12穿过下盘插销孔303，放置于下盘凸台302上。将多孔橡胶模10套在岩样14的圆柱外表面上，并将岩样钻孔15与下盘插销孔303对齐，放置于下盘圆环橡胶垫12上；将o型橡胶密封圈8置于中筒密封圈凹槽7中，并将中筒扣入下盘3，旋转中筒1，使中筒圆孔101与下盘圆孔301一一对齐，在脱模分隔板17上抹油，并插入下盘3分隔板插槽6中。在中筒中浇筑透水混凝土16，浇筑高度与岩样14齐平，待透水混凝土16终凝后(约1天时间)，在岩样14顶部放置上盖圆环橡胶垫11，在中筒密封圈凹槽7内放置o型橡胶密封圈8，将上盖2扣入中筒1中，旋转上盖，使中筒圆孔101与上盖圆孔202一一对齐。沿对齐后的圆孔插入六角头长螺栓，在六角头长螺栓末端拧入六角螺母，直至拧紧。将等径直接头、手扳球阀、外螺纹直接头组装成进浆球阀4和出浆球阀5，注意在接头螺
纹表面缠绕生料带，防治接头漏水；将进浆球阀4和出浆球阀5的等径直接头拧入上盖螺纹通孔201，完成固结灌浆前的组装过程。
41.钻孔裂隙岩样保真密封及固结灌浆装置的固结灌浆过程为：将进浆球阀4接入注浆系统，将出浆球阀5接入回浆系统；打开进浆球阀4和出浆球阀5，开始注入浆液，并逐渐增大注浆压力至设计压力，逐渐排出中筒1腔内空气，浆液依次流过进浆球阀4、岩样钻孔15、裂隙岩样14、多孔橡胶模10、透水混凝土16、出浆球阀5，形成稳定流动后等待5分钟，随后依次关闭出浆球阀5、进浆球阀4，在中筒1腔内形成密闭的压力空间。将进浆球阀4与注浆系统脱开，将出浆球阀5与回浆系统脱开，放置待浆液终凝。
42.钻孔裂隙岩样保真密封及固结灌浆装置的拆模过程为：待浆液终凝后，大约1天，可拆模。将进浆球阀4和出浆球阀5从上盖螺纹通孔201中拧出，将六角螺母从六角头长螺栓末端拧出，将六角头长螺栓从上盖圆孔202中拔出，将六角头螺栓9拧入中筒螺纹通孔，直至上盖2、下盘3中筒1脱开，取下上盖2和下盘3，并将六角头螺栓9从中筒螺纹通孔中拧出，从中筒密封圈凹槽7内取出o型橡胶密封圈8。利用千斤顶将岩样14和透水混凝土16的胶结体从中筒1中顶出，沿脱模隔板将透水混凝土16拆分为两半，取出岩样14，拆掉多孔橡胶模10，完成拆模过程。