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利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)裝置，成型試驗(yàn)土樣位于底蓋上，成型試驗(yàn)土樣外表面至少包裹一層膨潤(rùn)土防滲毯，膨潤(rùn)土防滲毯外表面至少涂抹有一層膨潤(rùn)土膠泥；試驗(yàn)筒的底端固定安裝在底蓋上，底蓋封閉試驗(yàn)筒的底端開(kāi)口，成型試驗(yàn)土樣、膨潤(rùn)土防滲毯和膨潤(rùn)土膠泥均位于試驗(yàn)筒內(nèi)；試驗(yàn)筒的頂部固定安裝有上端蓋，上端蓋封閉試驗(yàn)筒的上端開(kāi)口；泥漿泵的出口與進(jìn)液閥的入口流體導(dǎo)通，進(jìn)液管的一端與進(jìn)液閥的出口流體導(dǎo)通，進(jìn)液管的另一端自底蓋底部穿過(guò)底蓋并與試驗(yàn)筒內(nèi)的空腔流體導(dǎo)通。本實(shí)用新型能夠?qū)Ρ砻嫱拱疾黄降拇笤嚰┘虞^大圍壓進(jìn)行高地壓環(huán)境的模擬試驗(yàn)，并且不會(huì)損壞埋置在試樣中的模型凍結(jié)管及傳感器等裝置。
【專利說(shuō)明】利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及巖土試件圍壓加載裝置，特別涉及一種利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，對(duì)巖土試件圍壓加載主要采用兩種方式，一種是采用在試樣外套膠膜或熱縮材料進(jìn)行隔離，然后用液壓油對(duì)試件進(jìn)行圍壓加載，該試驗(yàn)方法適用于整體相對(duì)密實(shí)，表面相對(duì)光滑的小試件。使用該方法對(duì)具有較大壓縮變形量的大試件加載，隔膜材料易在圍壓作用下嵌入試樣內(nèi)被試樣顆粒刺破，液壓油會(huì)通過(guò)破裂處進(jìn)入試件內(nèi)部，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，且使試件受到污染，因此，若該方法對(duì)大型巖土試件加載僅適用于圍壓較小的條件。另外一種是將在試驗(yàn)筒內(nèi)制作并夯實(shí)試件，在試樣上表面澆筑隔離材料，再施加面荷載，側(cè)向由試驗(yàn)筒筒壁提供支反力，實(shí)現(xiàn)自平衡，這種加載方法可對(duì)巖土試件施加很大的荷載，從而模擬高地壓環(huán)境，但該方法也帶來(lái)了另一個(gè)問(wèn)題，即大體積試驗(yàn)土樣在加載過(guò)程中，上部固結(jié)變形較大，下部變形小，使埋置在試樣中的模型凍結(jié)管及部分傳感器遭受損壞，這種損壞將在很大程度上導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)裝置，使得在較大圍壓下能夠?qū)Ρ砻嫱拱疾黄降拇笤嚰M(jìn)行模擬高地壓環(huán)境試驗(yàn)，并且不會(huì)損壞埋置在試樣中的模型凍結(jié)管及傳感器等裝置。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)方法，包括如下步驟:
[0005](a)在試驗(yàn)筒的底蓋上制作試驗(yàn)土樣，成型試驗(yàn)土樣位于底蓋上；
[0006](b)在成型試驗(yàn)土樣外包裹膨潤(rùn)土防滲毯；
[0007](C)在膨潤(rùn)土防滲毯外表面涂抹膨潤(rùn)土膠泥；
[0008](d)將試驗(yàn)筒的底端固定安裝在底蓋上，底蓋封閉試驗(yàn)筒的底端開(kāi)口，成型試驗(yàn)土樣位于試驗(yàn)筒內(nèi)，利用上端蓋封閉試驗(yàn)筒的上端開(kāi)口 ；
[0009](e)打開(kāi)放空閥和進(jìn)液閥，開(kāi)啟泥漿泵，向試驗(yàn)筒內(nèi)注入泥漿，直至放空管連續(xù)溢出泥漿后，關(guān)閉放空閥；
[0010](f)利用泥漿泵繼續(xù)向試驗(yàn)筒內(nèi)注漿加壓到需要的壓力，關(guān)閉進(jìn)液閥，并關(guān)閉泥漿栗。
[0011]上述利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)方法，在步驟(b)中:在成型試驗(yàn)土樣外包裹好膨潤(rùn)土防滲毯之后，在膨潤(rùn)土防滲毯搭接處涂抹膨潤(rùn)土膠泥，并且在膨潤(rùn)土防滲毯與底蓋接觸處周圈用膨潤(rùn)土膠泥封底。
[0012]上述利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)方法，在步驟(C)中:首先在膨潤(rùn)土防滲毯外側(cè)用打包帶扎緊；然后再在扎緊的膨潤(rùn)土防滲毯外表面涂抹一層膨潤(rùn)土膠泥，接著纏繞兩層網(wǎng)孔大于或等于40目的尼龍網(wǎng)，最后再在尼龍網(wǎng)上涂抹一層膨潤(rùn)土膠泥。
[0013]上述利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)方法，在步驟(f)之后還包括步驟(g):打開(kāi)補(bǔ)壓閥，利用PLC控制器采集試驗(yàn)筒內(nèi)壓力數(shù)據(jù)，若試驗(yàn)筒內(nèi)壓力不足則PLC控制器向電機(jī)伺服加載單元輸出開(kāi)啟的控制信號(hào)，電機(jī)伺服加載單元開(kāi)啟后通過(guò)補(bǔ)壓閥向試驗(yàn)筒內(nèi)加壓，試驗(yàn)筒內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)則PLC控制器向電機(jī)伺服加載單元輸出關(guān)閉的控制信號(hào)，進(jìn)行壓力保持，直至試驗(yàn)結(jié)束。
[0014]一種利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)裝置，成型試驗(yàn)土樣位于底蓋上，成型試驗(yàn)土樣外表面至少包裹一層膨潤(rùn)土防滲毯，膨潤(rùn)土防滲毯外表面至少涂抹有一層膨潤(rùn)土膠泥；試驗(yàn)筒的底端固定安裝在底蓋上，底蓋封閉試驗(yàn)筒的底端開(kāi)口，成型試驗(yàn)土樣、膨潤(rùn)土防滲毯和膨潤(rùn)土膠泥均位于試驗(yàn)筒內(nèi)；試驗(yàn)筒的頂部固定安裝有上端蓋，上端蓋封閉試驗(yàn)筒的上端開(kāi)口 ；泥漿泵的出口與進(jìn)液閥的入口流體導(dǎo)通，進(jìn)液管的一端與進(jìn)液閥的出口流體導(dǎo)通，進(jìn)液管的另一端自底蓋底部穿過(guò)底蓋并與試驗(yàn)筒內(nèi)的空腔流體導(dǎo)通；穿過(guò)上端蓋并與試驗(yàn)筒內(nèi)的空腔流體導(dǎo)通的管路與放空閥的入口流體導(dǎo)通，放空閥的出口與放空管流體導(dǎo)通。
[0015]上述利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)裝置，上端蓋上安裝有壓力傳感器，壓力傳感器通過(guò)穿過(guò)上端蓋的管路與試驗(yàn)筒內(nèi)的空腔流體導(dǎo)通，壓力傳感器的輸出端與PLC控制器的輸入端連接，PLC控制器的輸出端與電機(jī)伺服加載單元的輸入端連接，電機(jī)伺服加載單元通過(guò)絲杠驅(qū)動(dòng)位于加壓缸內(nèi)的活塞做壓縮運(yùn)動(dòng)，使得活塞腔內(nèi)的高壓泥漿通過(guò)補(bǔ)壓管向補(bǔ)壓閥運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)壓管與補(bǔ)壓閥的入口流體導(dǎo)通，自底蓋底部穿過(guò)底蓋的管路與試驗(yàn)筒內(nèi)的空腔流體導(dǎo)通，補(bǔ)壓閥的出口與自底蓋底部穿過(guò)底蓋的管路入口流體導(dǎo)通。
[0016]上述利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)裝置，膨潤(rùn)土防滲毯外表面涂抹有兩層膨潤(rùn)土膠泥，兩層膨潤(rùn)土膠泥之間為網(wǎng)孔大于或等于40目的尼龍網(wǎng)。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果是:(I)本實(shí)用新型中采用膨潤(rùn)土泥漿加載方法，即試樣土體外已有一層的膨潤(rùn)土膠泥涂層，隨著加載泥漿的注入，泥漿在膨潤(rùn)土膠泥涂層的表面失水沉積形成一層泥膜，泥膜的形成能夠很好地防止加載泥漿中的水份通過(guò)膨潤(rùn)土防滲毯進(jìn)入到試驗(yàn)土樣內(nèi)；由于膨潤(rùn)土防滲毯內(nèi)有膨潤(rùn)土，即使加載泥漿中的少量水份滲透過(guò)膨潤(rùn)土膠泥層，膨潤(rùn)土防滲毯內(nèi)的膨潤(rùn)土也能夠?qū)⑵渫耆斩柚蛊溥M(jìn)入到試驗(yàn)土樣內(nèi)；在實(shí)際施工中，可通過(guò)調(diào)節(jié)膨潤(rùn)土泥漿的粘度，可加速泥膜的形成，減少膨潤(rùn)土泥漿失水量。(2)膨潤(rùn)土防滲毯的防滲作用，極大降低了進(jìn)入試樣土體中的水量，而且，進(jìn)入的少量水份也不足以對(duì)試樣構(gòu)成影響。因此，該方法可方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的整體高壓加載。(3)膨潤(rùn)土防滲毯的柔性大，能夠拉伸，對(duì)付變形能力強(qiáng)；如果試驗(yàn)土樣在加載泥漿壓力下發(fā)生較大的變形或不均勻的變形，膨潤(rùn)土防滲毯也能夠完全自適應(yīng)，不會(huì)發(fā)生破裂或滲漏，確保加載泥漿及水份不會(huì)進(jìn)入試驗(yàn)土樣內(nèi)。(4)自修復(fù)能力強(qiáng):即使在極端條件下膨潤(rùn)土防滲毯有破損，由于在膨潤(rùn)土防滲毯外層有膨潤(rùn)土膠泥層且兩層膨潤(rùn)土膠泥層之間有尼龍網(wǎng)，這樣就能夠在破損處迅速形成泥膜而阻止加載泥漿及水份進(jìn)入試驗(yàn)土樣內(nèi)，而且隨著泥漿的加載，破損處的泥膜越來(lái)越厚，因而可以很好地防止加載泥漿及水份進(jìn)入試驗(yàn)土樣。(5)不僅適用于表面相對(duì)光滑的小試件和大試件，還適用于具有較大壓縮變形量的大試件以及壓縮時(shí)發(fā)生不均勻變形的試件，而且膨潤(rùn)土防滲毯能夠防止被試驗(yàn)土樣顆粒刺破?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:1-PLC控制器，2-數(shù)據(jù)線，3-控制線，4_電機(jī)伺服加載單元，5_補(bǔ)壓管，6_補(bǔ)壓閥，7-膨潤(rùn)土膠泥封底，8-壓力傳感器，9-放空管，10-放空閥，11-加載泥漿，12-上端蓋，13-試驗(yàn)筒，14-膨潤(rùn)土防滲毯，15-膨潤(rùn)土膠泥，16-試驗(yàn)土樣，17-底蓋，18-進(jìn)液管，19-進(jìn)液閥，20-泥漿泵，21-尼龍網(wǎng)，22-加壓缸，23-活塞，24-絲杠。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示，在本實(shí)施例的利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)裝置中:成型試驗(yàn)土樣16位于底蓋17上，成型試驗(yàn)土樣16外表面包裹兩層膨潤(rùn)土防滲毯14，膨潤(rùn)土防滲毯14外表面涂抹有兩層膨潤(rùn)土膠泥15，兩層膨潤(rùn)土膠泥15之間為網(wǎng)孔大于或等于40目的尼龍網(wǎng)21 ;試驗(yàn)筒13的底端固定安裝在底蓋17上，底蓋17封閉試驗(yàn)筒13的底端開(kāi)口，成型試驗(yàn)土樣16、膨潤(rùn)土防滲毯14和膨潤(rùn)土膠泥15均位于試驗(yàn)筒13內(nèi)；試驗(yàn)筒13的頂部固定安裝有上端蓋12，上端蓋12封閉試驗(yàn)筒13的上端開(kāi)口 ；泥漿泵20的出口與進(jìn)液閥19的入口流體導(dǎo)通，進(jìn)液管18的一端與進(jìn)液閥19的出口流體導(dǎo)通，進(jìn)液管18的另一端自底蓋底部穿過(guò)底蓋并與試驗(yàn)筒13內(nèi)的空腔流體導(dǎo)通；穿過(guò)上端蓋12并與試驗(yàn)筒13內(nèi)的空腔流體導(dǎo)通的管路與放空閥10的入口流體導(dǎo)通，放空閥10的出口與放空管9流體導(dǎo)通。
[0021]另外，上端蓋12上安裝有壓力傳感器8，壓力傳感器8通過(guò)穿過(guò)上端蓋12的管路與試驗(yàn)筒13內(nèi)的空腔流體導(dǎo)通，液體壓力傳感器的輸出端與PLC控制器I的輸入端連接，PLC控制器I的輸出端與電機(jī)伺服加載單元4的輸入端連接，電機(jī)伺服加載單元4通過(guò)絲杠24驅(qū)動(dòng)位于加壓缸22內(nèi)的活塞23做壓縮運(yùn)動(dòng)，使得位于活塞腔內(nèi)的高壓泥漿通過(guò)補(bǔ)壓管5向補(bǔ)壓閥6運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)壓管5與補(bǔ)壓閥6的入口流體導(dǎo)通，自底蓋17底部穿過(guò)底蓋的管路與試驗(yàn)筒13內(nèi)的空腔流體導(dǎo)通，補(bǔ)壓閥6的出口與自底蓋17底部穿過(guò)底蓋17的管路入口流體導(dǎo)通。
[0022]在本實(shí)施例的試驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上，利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)方法，包括如下步驟:
[0023](a)在試驗(yàn)筒13的底蓋17上制作試驗(yàn)土樣16，成型試驗(yàn)土樣16位于底蓋17上；
[0024](b)首先在成型試驗(yàn)土樣16外包裹膨潤(rùn)土防滲毯14，然后在膨潤(rùn)土防滲毯14搭接處涂抹膨潤(rùn)土膠泥15，最后在膨潤(rùn)土防滲毯14與底蓋17接觸處周圈用膨潤(rùn)土膠泥封底形成密封；
[0025](c)首先在膨潤(rùn)土防滲毯14外側(cè)用打包帶扎緊；然后再在扎緊的膨潤(rùn)土防滲毯14外表面涂抹一層膨潤(rùn)土膠泥15，接著纏繞兩層網(wǎng)孔大于或等于40目的尼龍網(wǎng)21，最后再在尼龍網(wǎng)上涂抹一層膨潤(rùn)土膠泥15 ；
[0026](d)將試驗(yàn)筒13的底端固定安裝在底蓋17上，底蓋17封閉試驗(yàn)筒13的底端開(kāi)口，成型試驗(yàn)土樣16位于試驗(yàn)筒13內(nèi)，利用上端蓋12封閉試驗(yàn)筒13的上端開(kāi)口 ；
[0027](e)打開(kāi)放空閥10和進(jìn)液閥19，開(kāi)啟泥漿泵20，向試驗(yàn)筒13內(nèi)注入泥漿，直至放空管9連續(xù)溢出泥漿后，關(guān)閉放空閥10 ；
[0028](f)利用泥漿泵20繼續(xù)向試驗(yàn)筒13內(nèi)注漿加壓到需要的壓力，關(guān)閉進(jìn)液閥19，并關(guān)閉泥漿泵20 ；
[0029](g)打開(kāi)補(bǔ)壓閥6，利用PLC控制器I采集試驗(yàn)筒13內(nèi)壓力數(shù)據(jù)，若試驗(yàn)筒13內(nèi)壓力不足則PLC控制器I向電機(jī)伺服加載單元4輸出開(kāi)啟的控制信號(hào)，電機(jī)伺服加載單元4通過(guò)絲杠24驅(qū)動(dòng)位于加壓缸22內(nèi)的活塞23做壓縮運(yùn)動(dòng)，使得位于活塞腔內(nèi)的高壓泥漿通過(guò)補(bǔ)壓管5向補(bǔ)壓閥6運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)補(bǔ)壓閥6向試驗(yàn)筒13內(nèi)加壓，試驗(yàn)筒13內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)則PLC控制器I向電機(jī)伺服加載單元4輸出關(guān)閉的控制信號(hào)，進(jìn)行壓力保持，直至試驗(yàn)結(jié)束。
[0030]利用泥衆(zhòng)泵20向試驗(yàn)筒13內(nèi)注衆(zhòng)加壓，分0.5Mpa、lMpa、2Mpa和4Mpa設(shè)計(jì)試驗(yàn)壓力5個(gè)等級(jí)逐次順序加載，直至壓力穩(wěn)定，關(guān)閉進(jìn)液閥19，并關(guān)閉泥漿泵20。
[0031]上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型創(chuàng)造所作的舉例，而并非對(duì)本實(shí)用新型創(chuàng)造【具體實(shí)施方式】的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本實(shí)用新型創(chuàng)造權(quán)利要求的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)裝置，其特征在于，成型試驗(yàn)土樣位于底蓋上，成型試驗(yàn)土樣外表面至少包裹一層膨潤(rùn)土防滲毯，膨潤(rùn)土防滲毯外表面至少涂抹有一層膨潤(rùn)土膠泥；試驗(yàn)筒的底端固定安裝在底蓋上，底蓋封閉試驗(yàn)筒的底端開(kāi)口，成型試驗(yàn)土樣、膨潤(rùn)土防滲毯和膨潤(rùn)土膠泥均位于試驗(yàn)筒內(nèi)；試驗(yàn)筒的頂部固定安裝有上端蓋，上端蓋封閉試驗(yàn)筒的上端開(kāi)口 ；泥漿泵的出口與進(jìn)液閥的入口流體導(dǎo)通，進(jìn)液管的一端與進(jìn)液閥的出口流體導(dǎo)通，進(jìn)液管的另一端自底蓋底部穿過(guò)底蓋并與試驗(yàn)筒內(nèi)的空腔流體導(dǎo)通；穿過(guò)上端蓋并與試驗(yàn)筒內(nèi)的空腔流體導(dǎo)通的管路與放空閥的入口流體導(dǎo)通，放空閥的出口與放空管流體導(dǎo)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)裝置，其特征在于，上端蓋上安裝有壓力傳感器，壓力傳感器通過(guò)穿過(guò)上端蓋的管路與試驗(yàn)筒內(nèi)的空腔流體導(dǎo)通,液體壓力傳感器的輸出端與PLC控制器的輸入端連接,PLC控制器的輸出端與電機(jī)伺服加載單元的輸入端連接，電機(jī)伺服加載單元通過(guò)絲杠驅(qū)動(dòng)位于加壓缸內(nèi)的活塞做壓縮運(yùn)動(dòng)，使得活塞腔內(nèi)的高壓泥漿通過(guò)補(bǔ)壓管向補(bǔ)壓閥運(yùn)動(dòng)，補(bǔ)壓管與補(bǔ)壓閥的入口流體導(dǎo)通，自底蓋底部穿過(guò)底蓋的管路與試驗(yàn)筒內(nèi)的空腔流體導(dǎo)通，補(bǔ)壓閥的出口與自底蓋底部穿過(guò)底蓋的管路入口流體導(dǎo)通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用膨潤(rùn)土泥漿加壓模擬高地壓環(huán)境的試驗(yàn)裝置，其特征在于，膨潤(rùn)土防滲毯外表面涂抹有兩層膨潤(rùn)土膠泥，兩層膨潤(rùn)土膠泥之間為網(wǎng)孔大于或等于40目的尼龍網(wǎng)。
【文檔編號(hào)】G01N3/08GK203629964SQ201320787160
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】寧方波, 劉志強(qiáng), 龔建宇, 張?jiān)评? 左永江, 徐兵壯, 崔建軍, 高偉, 葉玉西, 許舒榮, 李寧, 陳紅蕾, 張緒忠 申請(qǐng)人:北京中煤礦山工程有限公司