利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗方法及裝置，包括如下步驟：(a)在試驗筒的底蓋上制作試驗土樣，成型試驗土樣位于底蓋上；(b)在成型試驗土樣外包裹膨潤土防滲毯；(c)在膨潤土防滲毯外表面涂抹膨潤土膠泥；(d)將試驗筒的底端固定安裝在底蓋上，利用上端蓋封閉試驗筒的上端開口；(e)打開放空閥和進液閥，開啟泥漿泵，向試驗筒內注入泥漿，直至放空管連續溢出泥漿后，關閉放空閥；(f)利用泥漿泵繼續向試驗筒內注漿加壓到需要的壓力，關閉進液閥，并關閉泥漿泵。本發明能夠對表面凸凹不平的大試件施加較大圍壓進行高地壓環境的模擬試驗，并且不會損壞埋置在試樣中的模型凍結管及傳感器等裝置。
【專利說明】 利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及巖土試件圍壓加載方法，特別涉及一種利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗方法。
【背景技術】
[0002]目前，對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行隔離，然后用液壓油對試件進行圍壓加載，該試驗方法適用于整體相對密實，表面相對光滑的小試件。使用該方法對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被試樣顆粒刺破，液壓油會通過破裂處進入試件內部，導致試驗失敗，且使試件受到污染，因此，若該方法對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筒內制作并夯實試件，在試樣上表面澆筑隔離材料，再施加面荷載，側向由試驗筒筒壁提供支反力，實現自平衡，這種加載方法可對巖土試件施加很大的荷載，從而模擬高地壓環境，但該方法也帶來了另一個問題，即大體積試驗土樣在加載過程中，上部固結變形較大，下部變形小，使埋置在試樣中的模型凍結管及部分傳感器遭受損壞，這種損壞將在很大程度上導致試驗失敗。
【發明內容】
[0003]針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在于提供一種利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗方法和試驗裝置，使得在較大圍壓下能夠對表面凸凹不平的大試件進行模擬高地壓環境試驗，并且不會損壞埋置在試樣中的模型凍結管及傳感器等裝置。
[0004]本發明的技術方案是這樣實現的:一種利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗方法，包括如下步驟:
[0005](a)在試驗筒的底蓋上制作試驗土樣，成型試驗土樣位于底蓋上；
[0006](b)在成型試驗土樣外包裹膨潤土防滲毯；
[0007](C)在膨潤土防滲毯外表面涂抹膨潤土膠泥；
[0008](d)將試驗筒的底端固定安裝在底蓋上，底蓋封閉試驗筒的底端開口，成型試驗土樣位于試驗筒內，利用上端蓋封閉試驗筒的上端開口 ；
[0009](e)打開放空閥和進液閥，開啟泥漿泵，向試驗筒內注入泥漿，直至放空管連續溢出泥漿后，關閉放空閥；
[0010](f)利用泥漿泵繼續向試驗筒內注漿加壓到需要的壓力，關閉進液閥，并關閉泥漿栗。
[0011]上述利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗方法，在步驟(b)中:在成型試驗土樣外包裹好膨潤土防滲毯之后，在膨潤土防滲毯搭接處涂抹膨潤土膠泥，并且在膨潤土防滲毯與底蓋接觸處周圈用膨潤土膠泥封底。
[0012]上述利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗方法，在步驟(C)中:首先在膨潤土防滲毯外側用打包帶扎緊；然后再在扎緊的膨潤土防滲毯外表面涂抹一層膨潤土膠泥，接著纏繞兩層網孔大于或等于40目的尼龍網，最后再在尼龍網上涂抹一層膨潤土膠泥。
[0013]上述利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗方法，在步驟(f)之后還包括步驟(g):打開補壓閥，利用PLC控制器采集試驗筒內壓力數據，若試驗筒內壓力不足則PLC控制器向電機伺服加載單元輸出開啟的控制信號，電機伺服加載單元開啟后通過補壓閥向試驗筒內加壓，試驗筒內壓力達到設定壓力時則PLC控制器向電機伺服加載單元輸出關閉的控制信號，進行壓力保持，直至試驗結束。
[0014]一種利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗裝置，成型試驗土樣位于底蓋上，成型試驗土樣外表面至少包裹一層膨潤土防滲毯，膨潤土防滲毯外表面至少涂抹有一層膨潤土膠泥；試驗筒的底端固定安裝在底蓋上，底蓋封閉試驗筒的底端開口，成型試驗土樣、膨潤土防滲毯和膨潤土膠泥均位于試驗筒內；試驗筒的頂部固定安裝有上端蓋，上端蓋封閉試驗筒的上端開口 ；泥漿泵的出口與進液閥的入口流體導通，進液管的一端與進液閥的出口流體導通，進液管的另一端自底蓋底部穿過底蓋并與試驗筒內的空腔流體導通；穿過上端蓋并與試驗筒內的空腔流體導通的管路與放空閥的入口流體導通，放空閥的出口與放空管流體導通。
[0015]上述利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗裝置，上端蓋上安裝有壓力傳感器，壓力傳感器通過穿過上端蓋的管路與試驗筒內的空腔流體導通，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伺服加載單元的輸入端連接，電機伺服加載單元通過絲杠驅動位于加壓缸內的活塞做壓縮運動，使得活塞腔內的高壓泥漿通過補壓管向補壓閥運動，補壓管與補壓閥的入口流體導通，自底蓋底部穿過底蓋的管路與試驗筒內的空腔流體導通，補壓閥的出口與自底蓋底部穿過底蓋的管路入口流體導通。
[0016]上述利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗裝置，膨潤土防滲毯外表面涂抹有兩層膨潤土膠泥，兩層膨潤土膠泥之間為網孔大于或等于40目的尼龍網。
[0017]本發明的有益效果是:(I)本發明中采用膨潤土泥漿加載方法，即試樣土體外已有一層的膨潤土膠泥涂層，隨著加載泥漿的注入，泥漿在膨潤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膨潤土防滲毯進入到試驗土樣內；由于膨潤土防滲毯內有膨潤土，即使加載泥漿中的少量水份滲透過膨潤土膠泥層，膨潤土防滲毯內的膨潤土也能夠將其完全吸收而阻止其進入到試驗土樣內；在實際施工中，可通過調節膨潤土泥漿的粘度，可加速泥膜的形成，減少膨潤土泥漿失水量。(2)膨潤土防滲毯的防滲作用，極大降低了進入試樣土體中的水量，而且，進入的少量水份也不足以對試樣構成影響。因此，該方法可方便的實現對試樣的整體高壓加載。(3)膨潤土防滲毯的柔性大，能夠拉伸，對付變形能力強；如果試驗土樣在加載泥漿壓力下發生較大的變形或不均勻的變形，膨潤土防滲毯也能夠完全自適應，不會發生破裂或滲漏，確保加載泥漿及水份不會進入試驗土樣內。(4)自修復能力強:即使在極端條件下膨潤土防滲毯有破損，由于在膨潤土防滲毯外層有膨潤土膠泥層且兩層膨潤土膠泥層之間有尼龍網，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入試驗土樣內，而且隨著泥漿的加載，破損處的泥膜越來越厚，因而可以很好地防止加載泥漿及水份進入試驗土樣。(5)不僅適用于表面相對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發生不均勻變形的試件，而且膨潤土防滲毯能夠防止被試驗土樣顆粒刺破。【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗裝置的結構示意圖。
[0019]圖中:1-PLC控制器，2-數據線，3-控制線，4_電機伺服加載單元，5_補壓管，6_補壓閥，7-膨潤土膠泥封底，8-壓力傳感器，9-放空管，10-放空閥，11-加載泥漿，12-上端蓋，13-試驗筒，14-膨潤土防滲毯，15-膨潤土膠泥，16-試驗土樣，17-底蓋，18-進液管，19-進液閥，20-泥漿泵，21-尼龍網，22-加壓缸，23-活塞，24-絲杠。
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，在本實施例的利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗裝置中:成型試驗土樣16位于底蓋17上，成型試驗土樣16外表面包裹兩層膨潤土防滲毯14，膨潤土防滲毯14外表面涂抹有兩層膨潤土膠泥15，兩層膨潤土膠泥15之間為網孔大于或等于40目的尼龍網21 ;試驗筒13的底端固定安裝在底蓋17上，底蓋17封閉試驗筒13的底端開口，成型試驗土樣16、膨潤土防滲毯14和膨潤土膠泥15均位于試驗筒13內；試驗筒13的頂部固定安裝有上端蓋12，上端蓋12封閉試驗筒13的上端開口 ；泥漿泵20的出口與進液閥19的入口流體導通，進液管18的一端與進液閥19的出口流體導通，進液管18的另一端自底蓋底部穿過底蓋并與試驗筒13內的空腔流體導通；穿過上端蓋12并與試驗筒13內的空腔流體導通的管路與放空閥10的入口流體導通，放空閥10的出口與放空管9流體導通。
[0021]另外，上端蓋12上安裝有壓力傳感器8，壓力傳感器8通過穿過上端蓋12的管路與試驗筒13內的空腔流體導通，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的輸出端與電機伺服加載單元4的輸入端連接，電機伺服加載單元4通過絲杠24驅動位于加壓缸22內的活塞23做壓縮運動，使得位于活塞腔內的高壓泥漿通過補壓管5向補壓閥6運動，補壓管5與補壓閥6的入口流體導通，自底蓋17底部穿過底蓋的管路與試驗筒13內的空腔流體導通，補壓閥6的出口與自底蓋17底部穿過底蓋17的管路入口流體導通。
[0022]在本實施例的試驗裝置的基礎上，利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗方法，包括如下步驟:
[0023](a)在試驗筒13的底蓋17上制作試驗土樣16，成型試驗土樣16位于底蓋17上；
[0024](b)首先在成型試驗土樣16外包裹膨潤土防滲毯14，然后在膨潤土防滲毯14搭接處涂抹膨潤土膠泥15，最后在膨潤土防滲毯14與底蓋17接觸處周圈用膨潤土膠泥封底形成密封；
[0025](c)首先在膨潤土防滲毯14外側用打包帶扎緊；然后再在扎緊的膨潤土防滲毯14外表面涂抹一層膨潤土膠泥15，接著纏繞兩層網孔大于或等于40目的尼龍網21，最后再在尼龍網上涂抹一層膨潤土膠泥15 ；
[0026](d)將試驗筒13的底端固定安裝在底蓋17上，底蓋17封閉試驗筒13的底端開口，成型試驗土樣16位于試驗筒13內，利用上端蓋12封閉試驗筒13的上端開口 ；
[0027](e)打開放空閥10和進液閥19，開啟泥漿泵20，向試驗筒13內注入泥漿，直至放空管9連續溢出泥漿后，關閉放空閥10 ；[0028](f)利用泥漿泵20繼續向試驗筒13內注漿加壓到需要的壓力，關閉進液閥19，并關閉泥漿泵20 ；
[0029](g)打開補壓閥6，利用PLC控制器I采集試驗筒13內壓力數據，若試驗筒13內壓力不足則PLC控制器I向電機伺服加載單元4輸出開啟的控制信號，電機伺服加載單元4通過絲杠24驅動位于加壓缸22內的活塞23做壓縮運動，使得位于活塞腔內的高壓泥漿通過補壓管5向補壓閥6運動，實現通過補壓閥6向試驗筒13內加壓，試驗筒13內壓力達到設定壓力時則PLC控制器I向電機伺服加載單元4輸出關閉的控制信號，進行壓力保持，直至試驗結束。
[0030]利用泥衆泵20向試驗筒13內注衆加壓，分0.5Mpa、lMpa、2Mpa和4Mpa設計試驗壓力5個等級逐次順序加載，直至壓力穩定，關閉進液閥19，并關閉泥漿泵20。
[0031]上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明創造所作的舉例，而并非對本發明創造【具體實施方式】的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明創造權利要求的保護范圍之中。
【權利要求】
1.一種利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗方法，其特征在于，包括如下步驟: (a)在試驗筒的底蓋上制作試驗土樣，成型試驗土樣位于底蓋上； (b)在成型試驗土樣外包裹膨潤土防滲毯； (C)在膨潤土防滲毯外表面涂抹膨潤土膠泥； (d)將試驗筒的底端固定安裝在底蓋上，底蓋封閉試驗筒的底端開口，成型試驗土樣位于試驗筒內，利用上端蓋封閉試驗筒的上端開口 ； (e)打開放空閥和進液閥，開啟泥漿泵，向試驗筒內注入泥漿，直至放空管連續溢出泥楽后，關閉放空閥； (f)利用泥漿泵繼續向試驗筒內注漿加壓到需要的壓力，關閉進液閥，并關閉泥漿泵。
2.根據權利要求1所述的一種利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗方法，其特征在于，在步驟(b)中:在成型試驗土樣外包裹好膨潤土防滲毯之后，在膨潤土防滲毯搭接處涂抹膨潤土膠泥，并且在膨潤土防滲毯與底蓋接觸處周圈用膨潤土膠泥封底。
3.根據權利要求2所述的一種利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗方法，其特征在于，在步驟(C)中:首先在膨潤土防滲毯外側用打包帶扎緊；然后再在扎緊的膨潤土防滲毯外表面涂抹一層膨潤土膠泥，接著纏繞兩層網孔大于或等于40目的尼龍網，最后再在尼龍網上涂抹一層膨潤土膠泥。
4.根據權利要求3所述的一種利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗方法，其特征在于，在步驟(f)之后還包括步驟(g):打開補壓閥，利用PLC控制器采集試驗筒內壓力數據，若試驗筒內壓力不足則PLC控制器向電機伺服加載單元輸出開啟的控制信號，電機伺服加載單元開啟后通過補壓閥向試驗筒內加壓，試驗筒內壓力達到設定壓力時則PLC控制器向電機伺服加載單元輸出關閉的控制信號，進行壓力保持，直至試驗結束。
5.一種利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗裝置，其特征在于，成型試驗土樣位于底蓋上，成型試驗土樣外表面至少包裹一層膨潤土防滲毯，膨潤土防滲毯外表面至少涂抹有一層膨潤土膠泥；試驗筒的底端固定安裝在底蓋上，底蓋封閉試驗筒的底端開口，成型試驗土樣、膨潤土防滲毯和膨潤土膠泥均位于試驗筒內；試驗筒的頂部固定安裝有上端蓋，上端蓋封閉試驗筒的上端開口 ；泥漿泵的出口與進液閥的入口流體導通，進液管的一端與進液閥的出口流體導通，進液管的另一端自底蓋底部穿過底蓋并與試驗筒內的空腔流體導通；穿過上端蓋并與試驗筒內的空腔流體導通的管路與放空閥的入口流體導通，放空閥的出口與放空管流體導通。
6.根據權利要求5所述的利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗裝置，其特征在于，上端蓋上安裝有壓力傳感器，壓力傳感器通過穿過上端蓋的管路與試驗筒內的空腔流體導通,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伺服加載單元的輸入端連接，電機伺服加載單元通過絲杠驅動位于加壓缸內的活塞做壓縮運動，使得活塞腔內的高壓泥漿通過補壓管向補壓閥運動，補壓管與補壓閥的入口流體導通，自底蓋底部穿過底蓋的管路與試驗筒內的空腔流體導通，補壓閥的出口與自底蓋底部穿過底蓋的管路入口流體導通。
7.根據權利要求6所述的利用膨潤土泥漿加壓模擬高地壓環境的試驗裝置，其特征在于，膨潤土防滲毯外表面涂抹有兩層膨潤土膠泥，兩層膨潤土膠泥之間為網孔大于或等于40目的 尼龍網。
【文檔編號】G01N3/08GK103822827SQ201310641721
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】寧方波, 劉志強, 龔建宇, 張云利, 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 申請人:北京中煤礦山工程有限公司