[实用新型]室内三维注浆模型试验伺服控制系统

说明书

技术领域

本实用新型公开了一种室内三维注浆模型试验伺服控制系统。

背景技术

矿山、隧道等地下工程建设中，经常发生围岩变形大、涌水量大等问题，甚至会发生突水突泥灾害，造成巨大的人员财产损失。注浆作为一种加固软弱围岩、治理水害的一种有效手段在地下工程灾害治理中得到了越来越广泛的应用。模型试验是研究注浆治理过程中浆液扩散规律及加固机理的重要手段。但是目前针对隧道开挖及注浆的模型试验台架较少，严重影响相关研究的进展。

注浆模型试验方面，多针对特定地层(如单裂隙、简单多孔介质)开展研究，在试验中考虑到了垂向地应力及地下水流场对浆液扩散的影响，但均没有考虑到被注岩体所处的三维地应力场与复杂的水文地质条件；尤其是破碎岩体，模型试验中常利用类似岩体的简单填筑代替被注岩体，忽略了应力场和渗流场对注浆过程的影响。类似情况的简化严重偏离了被注岩体状态，难以对注浆过程获得科学认识，也不能较好地指导注浆工程的合理设计。

注浆装置在模型试验中负责输送浆液及浆液的受压注入，是注浆模型试验的重要组成部分。模型试验由于模型架尺寸较小、注浆工艺和注浆参数变化繁复，对注浆装置提出了单、双液注浆可转变、浆液配比灵活调整、注浆压力高且稳定、注浆速率小的要求。目前国内没有专门用于室内注浆模拟试验的注浆装置，注浆模型试验多采用工程用注浆泵，大流量、高压力、无法实时监测并调节注浆参数，与模型试验需要的注浆系统不匹配，严重限制注浆模型试验的开展，进而影响了注浆理论的研究。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供室内三维注浆模型试验伺服控制系统、试验方法，实现了室内注浆试验三维地应力条件和地下水环境的稳定加载，有效保证了试验条件与被注岩体原始条件的一致性。同时该试验系统实现了室内注浆试验中小流量、稳定压力注浆过程的控制有效保障了室内注浆试验的科学性，为注浆理论研究提供了强有力支撑。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种室内三维注浆模型试验伺服控制系统，包括三维注浆模型试验装置及恒压注浆-供水联合伺服控制装置两部分；

所述的三维注浆模型试验装置，包括三个在竖直方向上依次连接的第一反力板、第二反力板和第三反力板，第一反力板和第二反力板之间安放围压反力腔，在第二反力板和第三反力板间安放对围压反力腔实施轴向加载力的轴压伺服加载模块；围压反力腔的底部设有一个对围压反力腔内部进行注水的孔隙水压力加载模块，在围压反力腔的内设有被注岩体装载模块和对围压反力腔实施围压的围压伺服加载模块；

所述的恒压注浆-供水联合伺服控制装置包括恒压双液注浆气动伺服控制模块、恒压供水气动伺服控制模块；所述的恒压双液注浆气动伺服控制模块与围压反力腔内部连通；所述的恒压供水气动伺服控制模块与孔隙水压力加载模块相连。

在所述的围压反力腔内还设有用于采集注浆过程中岩土体内部物理场的变化规律的传感器，所述的传感器与数据处理模块相连；

所述的恒压双液注浆气动伺服控制模块包括储浆腔、备浆腔及气动伺服控制单元，所述的储浆腔的底部与围压反力腔顶部连通；所述的储浆腔的顶部与备浆腔顶部连通；所述的备浆腔的底部与气动伺服控制单元连接。

所述的恒压供水气动伺服控制模块包括储水腔、备水腔及气动伺服控制单元，储水腔的底部与孔隙水压力加载模块相连，储水腔的顶部与备水腔的顶部连通，备水腔的底部与气动伺服控制单元相连；且储浆腔、备浆腔及储水腔、备水腔布置在方形结构内，方形结构安放在支架上。

所述的第一反力板由高强度合金钢材料加工成Φ660*25mm即直径660mm，高25mm圆盘。所述的第一反力板圆心处钻设Φ20mm注浆孔，固定矿用快速接头I，连接注浆设备；反力板Φ590mm圆周上钻设4个对称分布的Φ20mm固定孔I，使紧固螺杆I穿过；下表面加工Φ500*470*5mm的环形槽I，内置橡胶密封垫I。

所述的第二反力板由高强度合金钢材料加工成Φ780*25mm圆盘，下表面焊接Φ90*30mm圆柱形垫块。第二反力板及垫块钻设Φ50mm中心孔，孔壁加工5个Φ60*50*5mm的密封槽I，内置橡胶密封圈I。所述的第二反力板Φ590mm圆周上钻设4个对称分布的Φ20mm固定孔II，使紧固螺杆I穿过。所述的第二反力板Φ700mm圆周上钻设4个对称分布的Φ20mm固定孔I II，使紧固螺杆II穿过。所述的第二反力板上表面加工Φ500*440*5mm的环形槽II，内置橡胶密封垫II。