本實(shí)用新型涉及鉆探灌漿領(lǐng)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(shù)：

隨著水電事業(yè)的飛速發(fā)展，水電站的開(kāi)發(fā)逐步向西部高原和峽谷流域展開(kāi)，建壩條件越來(lái)越復(fù)雜，尤其是在西部大開(kāi)發(fā)機(jī)遇下重點(diǎn)建設(shè)的地區(qū)，山高谷深、水湍峽長(zhǎng)、覆蓋層深厚、地質(zhì)條件復(fù)雜。如何做好深厚覆蓋層條件下電站的基礎(chǔ)防滲體系是當(dāng)今解決我國(guó)西部地區(qū)水電開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一，而在深厚砂卵礫石層中進(jìn)行帷幕灌漿，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)很少。有很多問(wèn)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(guò)試驗(yàn)研究予以確定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)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(jìn)行帷幕灌漿無(wú)經(jīng)驗(yàn)的問(wèn)題，在室內(nèi)模擬砂礫石層進(jìn)行各項(xiàng)灌漿試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂捎^察套閥管的開(kāi)環(huán)情況、壓力隨滲流方向的衰減情況、漿液的擴(kuò)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(lái)探求深厚砂礫石層灌漿合適的灌漿材料與施工工藝，驗(yàn)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(yàn)的技術(shù)難題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)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(cè)板通過(guò)多個(gè)螺栓連接，各連接處設(shè)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(shè)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(shè)置有與套管相配合的定位環(huán)，底部筒體上對(duì)稱設(shè)置有兩根帶底部閘閥的底筒排水管；

組成灌漿模擬筒體側(cè)壁的兩側(cè)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(duì)稱設(shè)置，兩根第二出漿/水管對(duì)稱設(shè)置，第二出漿/水管伸入灌漿模擬筒體內(nèi)的長(zhǎng)度大于第一出漿/水管伸入灌漿模擬筒體內(nèi)的長(zhǎng)度；

灌漿模擬筒體的兩側(cè)板上端通過(guò)兩頂板連接，各連接處設(shè)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(kāi)設(shè)有與套閥管相配合的凹槽，帶壓力表和閘閥的頂部排氣進(jìn)水管穿過(guò)頂板伸入灌漿模擬筒體內(nèi)。

密封層為橡膠墊片，分別設(shè)置于底筒、兩側(cè)板以及兩塊頂板的各連接處，再通過(guò)螺栓連接。

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

一種利用上述砂礫石層灌漿模擬裝置進(jìn)行砂礫石層灌漿模擬試驗(yàn)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(cè)板拼裝組成灌漿模擬筒體；

步驟2：將套管通過(guò)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(dòng)振動(dòng)篩上，向灌漿模擬筒體內(nèi)分層填筑并灑水、振搗密實(shí)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(bǔ)滿；

步驟6：將兩塊頂板之間通過(guò)螺栓連接，將套閥管通過(guò)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(cè)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(jìn)行各項(xiàng)砂礫石層灌漿模擬試驗(yàn)，砂礫石層灌漿模擬試驗(yàn)主要有：

套閥管開(kāi)環(huán)試驗(yàn)、漿液擴(kuò)散半徑試驗(yàn)、漿液垂直擴(kuò)散距離試驗(yàn)以及灌漿方法試驗(yàn)，

記錄試驗(yàn)結(jié)果；

步驟8：對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中各個(gè)有出漿的管口進(jìn)行通水沖洗；

步驟9：待凝14天后進(jìn)行壓水試驗(yàn)；

步驟10：灌后拆模觀測(cè)：先后拆除砂礫石層灌漿模擬裝置的兩頂板及兩側(cè)板，對(duì)局部無(wú)漿液擴(kuò)散的地方輔以人工掏挖后，觀測(cè)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(yàn)。

步驟7中套閥管開(kāi)環(huán)試驗(yàn)的過(guò)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(rùn)土水泥漿開(kāi)環(huán)后，換用灌漿漿液進(jìn)行灌漿至結(jié)束；通過(guò)觀測(cè)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(cè)，對(duì)比在不同開(kāi)環(huán)條件下的開(kāi)環(huán)效果、漿液擴(kuò)散范圍大小及壓力隨滲流方向的衰減情況，在驗(yàn)證套殼料及灌漿效果的基礎(chǔ)上，確定每次開(kāi)環(huán)灌漿的環(huán)孔數(shù)。

步驟7中漿液擴(kuò)散半徑試驗(yàn)的過(guò)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(qiáng)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(rùn)土水泥漿等不同灌漿漿材，以及1MPa、2MPa、3MPa等不同灌漿壓力進(jìn)行漿液擴(kuò)散半徑試驗(yàn)；通過(guò)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(cè)，分別繪制出中等透水地層、強(qiáng)透水地層中不同灌漿漿材、不同灌漿壓力下的漿液擴(kuò)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(kuò)散距離試驗(yàn)的過(guò)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(rùn)土水泥漿等不同灌漿漿材，以及1MPa、2MPa、3MPa等不同灌漿壓力進(jìn)行漿液垂直擴(kuò)散距離試驗(yàn)；通過(guò)灌后拆模觀測(cè)漿液垂直的擴(kuò)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(kuò)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(yàn)的過(guò)程為：

在砂礫石層灌漿模擬裝置中模擬強(qiáng)透水地層分別進(jìn)行自上而下、自下而上分段灌漿法試驗(yàn)；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(jié)束灌注，第2環(huán)/段以在1MPa的灌漿壓力下續(xù)灌2min結(jié)束；待凝7d后進(jìn)行壓水試驗(yàn)，并進(jìn)行拆模后觀測(cè)灌漿效果對(duì)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(yàn)的過(guò)程為：

灌后壓水試驗(yàn)采用灌漿泵從上部的兩根頂部排氣進(jìn)水管進(jìn)水加壓，為確保各管口內(nèi)通暢，灌漿后應(yīng)及時(shí)插入細(xì)鋼管對(duì)有出漿的管口進(jìn)行通水沖洗，灌后壓水試驗(yàn)一般開(kāi)始?jí)毫?.5MPa，測(cè)得穩(wěn)定滲流流量后再加壓到1.0MPa進(jìn)行壓水試驗(yàn)。

本實(shí)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(jiǎn)單、方便，可直觀地觀測(cè)灌漿試驗(yàn)過(guò)程、對(duì)比不同試驗(yàn)參數(shù)的灌漿效果。

2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、拆卸方便，可以重復(fù)使用，費(fèi)用低，達(dá)到了降低試驗(yàn)設(shè)備成本的效果。

3、試驗(yàn)方法操作簡(jiǎn)單、快捷、高效、安全，可進(jìn)行多項(xiàng)灌漿試驗(yàn)，達(dá)到了大幅降低灌漿試驗(yàn)成本、加快灌漿試驗(yàn)研究進(jìn)度和確保灌漿試驗(yàn)質(zhì)量的有益效果。

4、可較直觀地觀察套閥管的開(kāi)環(huán)情況、壓力隨滲流方向的衰減情況、漿液的擴(kuò)散情況及灌后地層的抗?jié)B性能等，達(dá)到探求深厚砂礫石層灌漿合適的灌漿材料與施工工藝、驗(yàn)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(yàn)的技術(shù)難題。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的底筒的俯視圖；

圖3為本實(shí)用新型的底筒的主視圖；

圖4為本實(shí)用新型的側(cè)板示意圖；

圖5為本實(shí)用新型的連接在一起的兩頂板的俯視圖；

圖6為本實(shí)用新型的連接在一起的兩頂板的主視圖；

圖7為采用本實(shí)用新型裝置進(jìn)行試驗(yàn)的示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)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(cè)板2通過(guò)多個(gè)螺栓6連接，各連接處設(shè)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(shè)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(shè)置有與套管11相配合的定位環(huán)16，底部筒體上對(duì)稱設(shè)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(cè)排水管采用外徑20毫米鋼管，長(zhǎng)20厘米。

組成灌漿模擬筒體側(cè)壁的兩側(cè)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(duì)稱設(shè)置，兩根第二出漿/水管7對(duì)稱設(shè)置，第二出漿/水管7伸入灌漿模擬筒體內(nèi)的長(zhǎng)度大于第一出漿/水管4伸入灌漿模擬筒體內(nèi)的長(zhǎng)度；

側(cè)板2為橫截面為半圓形的側(cè)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(zhǎng)度為30毫米，第二出漿/水管7伸入灌漿模擬筒體內(nèi)的長(zhǎng)度為50毫米；

灌漿模擬筒體的兩側(cè)板2上端通過(guò)兩頂板3連接，各連接處設(shè)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(kāi)設(shè)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(jìn)水管5穿過(guò)頂板3伸入灌漿模擬筒體內(nèi)；

頂板3為直徑處設(shè)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(jìn)水管5采用直徑為32毫米鋼管，露出灌漿模擬筒體的長(zhǎng)度20厘米，伸入灌漿模擬筒體內(nèi)的長(zhǎng)度為15厘米。

密封層10為橡膠墊片，分別設(shè)置于底筒1、兩側(cè)板2以及兩塊頂板3的各連接處，再通過(guò)螺栓6連接。

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

實(shí)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(jìn)行砂礫石層灌漿模擬試驗(yàn)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(cè)板2拼裝組成灌漿模擬筒體；

步驟2：將套管11通過(guò)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(dòng)振動(dòng)篩上，向灌漿模擬筒體內(nèi)分層填筑并灑水、振搗密實(shí)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(bǔ)滿；

步驟6：將兩塊頂板3之間通過(guò)螺栓連接，將套閥管12通過(guò)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(cè)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(jìn)行各項(xiàng)砂礫石層灌漿模擬試驗(yàn)，砂礫石層灌漿模擬試驗(yàn)主要有：

套閥管開(kāi)環(huán)試驗(yàn)、漿液擴(kuò)散半徑試驗(yàn)、漿液垂直擴(kuò)散距離試驗(yàn)以及灌漿方法試驗(yàn)，

記錄試驗(yàn)結(jié)果；

步驟8：對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中各個(gè)有出漿的管口進(jìn)行通水沖洗；

步驟9：待凝14天后進(jìn)行壓水試驗(yàn)；

步驟10：灌后拆模觀測(cè)：先后拆除砂礫石層灌漿模擬裝置的兩頂板3及兩側(cè)板2，對(duì)局部無(wú)漿液擴(kuò)散的地方輔以人工掏挖后，觀測(cè)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(yàn)。

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(kāi)環(huán)試驗(yàn)的過(guò)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(rùn)土水泥漿開(kāi)環(huán)后，換用灌漿漿液進(jìn)行灌漿至結(jié)束；通過(guò)觀測(cè)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(cè)，對(duì)比在不同開(kāi)環(huán)條件下的開(kāi)環(huán)效果、漿液擴(kuò)散范圍大小及壓力隨滲流方向的衰減情況，在驗(yàn)證套殼料及灌漿效果的基礎(chǔ)上，確定每次開(kāi)環(huán)灌漿的環(huán)孔數(shù)。

步驟7中漿液擴(kuò)散半徑試驗(yàn)的過(guò)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(qiáng)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(rùn)土水泥漿等不同灌漿漿材，以及1MPa、2MPa、3MPa等不同灌漿壓力進(jìn)行漿液擴(kuò)散半徑試驗(yàn)；通過(guò)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(cè)，分別繪制出中等透水地層、強(qiáng)透水地層中不同灌漿漿材、不同灌漿壓力下的漿液擴(kuò)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(kuò)散距離試驗(yàn)的過(guò)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(rùn)土水泥漿等不同灌漿漿材，以及1MPa、2MPa、3MPa等不同灌漿壓力進(jìn)行漿液垂直擴(kuò)散距離試驗(yàn)；通過(guò)灌后拆模觀測(cè)漿液垂直上下方向的擴(kuò)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(kuò)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(yàn)的過(guò)程為：

在砂礫石層灌漿模擬裝置中模擬強(qiáng)透水地層分別進(jìn)行自上而下、自下而上分段灌漿法試驗(yàn)；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(jié)束灌注，第2環(huán)/段以在1MPa的灌漿壓力下續(xù)灌2min結(jié)束；待凝7d后進(jìn)行壓水試驗(yàn)，并進(jìn)行拆模后觀測(cè)灌漿效果對(duì)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(yàn)的過(guò)程為：

灌后壓水試驗(yàn)采用灌漿泵從上部的兩根頂部排氣進(jìn)水管5進(jìn)水加壓，為確保各管口內(nèi)通暢，灌漿后應(yīng)及時(shí)插入細(xì)鋼管對(duì)有出漿的管口進(jìn)行通水沖洗，灌后壓水試驗(yàn)一般開(kāi)始?jí)毫?.5MPa，測(cè)得穩(wěn)定滲流流量后再加壓到1.0MPa進(jìn)行壓水試驗(yàn)。