利用膨润土泥浆加压模拟高地压环境的试验方法及装置

摘要

本发明公开了利用膨润土泥浆加压模拟高地压环境的试验方法及装置，包括如下步骤：(a)在试验筒的底盖上制作试验土样，成型试验土样位于底盖上；(b)在成型试验土样外包裹膨润土防渗毯；(c)在膨润土防渗毯外表面涂抹膨润土胶泥；(d)将试验筒的底端固定安装在底盖上，利用上端盖封闭试验筒的上端开口；(e)打开放空阀和进液阀，开启泥浆泵，向试验筒内注入泥浆，直至放空管连续溢出泥浆后，关闭放空阀；(f)利用泥浆泵继续向试验筒内注浆加压到需要的压力，关闭进液阀，并关闭泥浆泵。本发明能够对表面凸凹不平的大试件施加较大围压进行高地压环境的模拟试验，并且不会损坏埋置在试样中的模型冻结管及传感器等装置。

说明书

技术领域

本发明涉及岩土试件围压加载方法，特别涉及一种利用膨润土泥浆加压 模拟高地压环境的试验方法。

背景技术

目前，对岩土试件围压加载主要采用两种方式，一种是采用在试样外套 胶膜或热缩材料进行隔离，然后用液压油对试件进行围压加载，该试验方法 适用于整体相对密实，表面相对光滑的小试件。使用该方法对具有较大压缩 变形量的大试件加载，隔膜材料易在围压作用下嵌入试样内被试样颗粒刺破， 液压油会通过破裂处进入试件内部，导致试验失败，且使试件受到污染，因 此，若该方法对大型岩土试件加载仅适用于围压较小的条件。另外一种是将 在试验筒内制作并夯实试件，在试样上表面浇筑隔离材料，再施加面荷载， 侧向由试验筒筒壁提供支反力，实现自平衡，这种加载方法可对岩土试件施 加很大的荷载，从而模拟高地压环境，但该方法也带来了另一个问题，即大 体积试验土样在加载过程中，上部固结变形较大，下部变形小，使埋置在试 样中的模型冻结管及部分传感器遭受损坏，这种损坏将在很大程度上导致试 验失败。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种利用膨润土泥 浆加压模拟高地压环境的试验方法和试验装置，使得在较大围压下能够对表 面凸凹不平的大试件进行模拟高地压环境试验，并且不会损坏埋置在试样中 的模型冻结管及传感器等装置。

本发明的技术方案是这样实现的：一种利用膨润土泥浆加压模拟高地压 环境的试验方法，包括如下步骤：

(a)在试验筒的底盖上制作试验土样，成型试验土样位于底盖上；

(b)在成型试验土样外包裹膨润土防渗毯；

(c)在膨润土防渗毯外表面涂抹膨润土胶泥；

(d)将试验筒的底端固定安装在底盖上，底盖封闭试验筒的底端开口， 成型试验土样位于试验筒内，利用上端盖封闭试验筒的上端开口；

(e)打开放空阀和进液阀，开启泥浆泵，向试验筒内注入泥浆，直至放 空管连续溢出泥浆后，关闭放空阀；

(f)利用泥浆泵继续向试验筒内注浆加压到需要的压力，关闭进液阀， 并关闭泥浆泵。

上述利用膨润土泥浆加压模拟高地压环境的试验方法，在步骤(b)中： 在成型试验土样外包裹好膨润土防渗毯之后，在膨润土防渗毯搭接处涂抹膨 润土胶泥，并且在膨润土防渗毯与底盖接触处周圈用膨润土胶泥封底。

上述利用膨润土泥浆加压模拟高地压环境的试验方法，在步骤(c)中： 首先在膨润土防渗毯外侧用打包带扎紧；然后再在扎紧的膨润土防渗毯外表 面涂抹一层膨润土胶泥，接着缠绕两层网孔大于或等于40目的尼龙网，最后 再在尼龙网上涂抹一层膨润土胶泥。

上述利用膨润土泥浆加压模拟高地压环境的试验方法，在步骤(f)之后 还包括步骤(g)：打开补压阀，利用PLC控制器采集试验筒内压力数据，若 试验筒内压力不足则PLC控制器向电机伺服加载单元输出开启的控制信号， 电机伺服加载单元开启后通过补压阀向试验筒内加压，试验筒内压力达到设 定压力时则PLC控制器向电机伺服加载单元输出关闭的控制信号，进行压力 保持，直至试验结束。

一种利用膨润土泥浆加压模拟高地压环境的试验装置，成型试验土样位 于底盖上，成型试验土样外表面至少包裹一层膨润土防渗毯，膨润土防渗毯 外表面至少涂抹有一层膨润土胶泥；试验筒的底端固定安装在底盖上，底盖 封闭试验筒的底端开口，成型试验土样、膨润土防渗毯和膨润土胶泥均位于 试验筒内；试验筒的顶部固定安装有上端盖，上端盖封闭试验筒的上端开口； 泥浆泵的出口与进液阀的入口流体导通，进液管的一端与进液阀的出口流体 导通，进液管的另一端自底盖底部穿过底盖并与试验筒内的空腔流体导通； 穿过上端盖并与试验筒内的空腔流体导通的管路与放空阀的入口流体导通， 放空阀的出口与放空管流体导通。

上述利用膨润土泥浆加压模拟高地压环境的试验装置，上端盖上安装有 压力传感器，压力传感器通过穿过上端盖的管路与试验筒内的空腔流体导通， 压力传感器的输出端与PLC控制器的输入端连接，PLC控制器的输出端与电 机伺服加载单元的输入端连接，电机伺服加载单元通过丝杠驱动位于加压缸 内的活塞做压缩运动，使得活塞腔内的高压泥浆通过补压管向补压阀运动， 补压管与补压阀的入口流体导通，自底盖底部穿过底盖的管路与试验筒内的 空腔流体导通，补压阀的出口与自底盖底部穿过底盖的管路入口流体导通。

上述利用膨润土泥浆加压模拟高地压环境的试验装置，膨润土防渗毯外 表面涂抹有两层膨润土胶泥，两层膨润土胶泥之间为网孔大于或等于40目的 尼龙网。

本发明的有益效果是：(1)本发明中采用膨润土泥浆加载方法，即试样 土体外已有一层的膨润土胶泥涂层，随着加载泥浆的注入，泥浆在膨润土胶 泥涂层的表面失水沉积形成一层泥膜，泥膜的形成能够很好地防止加载泥浆 中的水份通过膨润土防渗毯进入到试验土样内；由于膨润土防渗毯内有膨润 土，即使加载泥浆中的少量水份渗透过膨润土胶泥层，膨润土防渗毯内的膨 润土也能够将其完全吸收而阻止其进入到试验土样内；在实际施工中，可通 过调节膨润土泥浆的粘度，可加速泥膜的形成，减少膨润土泥浆失水量。(2) 膨润土防渗毯的防渗作用，极大降低了进入试样土体中的水量，而且，进入 的少量水份也不足以对试样构成影响。因此，该方法可方便的实现对试样的 整体高压加载。(3)膨润土防渗毯的柔性大，能够拉伸，对付变形能力强； 如果试验土样在加载泥浆压力下发生较大的变形或不均匀的变形，膨润土防 渗毯也能够完全自适应，不会发生破裂或渗漏，确保加载泥浆及水份不会进 入试验土样内。(4)自修复能力强：即使在极端条件下膨润土防渗毯有破损， 由于在膨润土防渗毯外层有膨润土胶泥层且两层膨润土胶泥层之间有尼龙 网，这样就能够在破损处迅速形成泥膜而阻止加载泥浆及水份进入试验土样 内，而且随着泥浆的加载，破损处的泥膜越来越厚，因而可以很好地防止加 载泥浆及水份进入试验土样。(5)不仅适用于表面相对光滑的小试件和大试 件，还适用于具有较大压缩变形量的大试件以及压缩时发生不均匀变形的试 件，而且膨润土防渗毯能够防止被试验土样颗粒刺破。

附图说明

图1为本发明利用膨润土泥浆加压模拟高地压环境的试验装置的结构示 意图。

图中：1-PLC控制器，2-数据线，3-控制线，4-电机伺服加载单元，5- 补压管，6-补压阀，7-膨润土胶泥封底，8-压力传感器，9-放空管，10-放空 阀，11-加载泥浆，12-上端盖，13-试验筒，14-膨润土防渗毯，15-膨润土胶 泥，16-试验土样，17-底盖，18-进液管，19-进液阀，20-泥浆泵，21-尼龙 网，22-加压缸，23-活塞，24-丝杠。

具体实施方式

如图1所示，在本实施例的利用膨润土泥浆加压模拟高地压环境的试验 装置中：成型试验土样16位于底盖17上，成型试验土样16外表面包裹两层 膨润土防渗毯14，膨润土防渗毯14外表面涂抹有两层膨润土胶泥15，两层 膨润土胶泥15之间为网孔大于或等于40目的尼龙网21；试验筒13的底端 固定安装在底盖17上，底盖17封闭试验筒13的底端开口，成型试验土样 16、膨润土防渗毯14和膨润土胶泥15均位于试验筒13内；试验筒13的顶 部固定安装有上端盖12，上端盖12封闭试验筒13的上端开口；泥浆泵20 的出口与进液阀19的入口流体导通，进液管18的一端与进液阀19的出口流 体导通，进液管18的另一端自底盖底部穿过底盖并与试验筒13内的空腔流 体导通；穿过上端盖12并与试验筒13内的空腔流体导通的管路与放空阀10 的入口流体导通，放空阀10的出口与放空管9流体导通。

另外，上端盖12上安装有压力传感器8，压力传感器8通过穿过上端盖 12的管路与试验筒13内的空腔流体导通，液体压力传感器的输出端与PLC 控制器1的输入端连接，PLC控制器1的输出端与电机伺服加载单元4的输 入端连接，电机伺服加载单元4通过丝杠24驱动位于加压缸22内的活塞23 做压缩运动，使得位于活塞腔内的高压泥浆通过补压管5向补压阀6运动， 补压管5与补压阀6的入口流体导通，自底盖17底部穿过底盖的管路与试验 筒13内的空腔流体导通，补压阀6的出口与自底盖17底部穿过底盖17的管 路入口流体导通。

在本实施例的试验装置的基础上，利用膨润土泥浆加压模拟高地压环境 的试验方法，包括如下步骤：

(a)在试验筒13的底盖17上制作试验土样16，成型试验土样16位于 底盖17上；

(b)首先在成型试验土样16外包裹膨润土防渗毯14，然后在膨润土防 渗毯14搭接处涂抹膨润土胶泥15，最后在膨润土防渗毯14与底盖17接触 处周圈用膨润土胶泥封底形成密封；

(c)首先在膨润土防渗毯14外侧用打包带扎紧；然后再在扎紧的膨润土 防渗毯14外表面涂抹一层膨润土胶泥15，接着缠绕两层网孔大于或等于40 目的尼龙网21，最后再在尼龙网上涂抹一层膨润土胶泥15；

(d)将试验筒13的底端固定安装在底盖17上，底盖17封闭试验筒13 的底端开口，成型试验土样16位于试验筒13内，利用上端盖12封闭试验筒 13的上端开口；

(e)打开放空阀10和进液阀19，开启泥浆泵20，向试验筒13内注入泥 浆，直至放空管9连续溢出泥浆后，关闭放空阀10；

(f)利用泥浆泵20继续向试验筒13内注浆加压到需要的压力，关闭进 液阀19，并关闭泥浆泵20；

(g)打开补压阀6，利用PLC控制器1采集试验筒13内压力数据，若 试验筒13内压力不足则PLC控制器1向电机伺服加载单元4输出开启的控制 信号，电机伺服加载单元4通过丝杠24驱动位于加压缸22内的活塞23做压 缩运动，使得位于活塞腔内的高压泥浆通过补压管5向补压阀6运动，实现 通过补压阀6向试验筒13内加压，试验筒13内压力达到设定压力时则PLC 控制器1向电机伺服加载单元4输出关闭的控制信号，进行压力保持，直至 试验结束。

利用泥浆泵20向试验筒13内注浆加压，分0.5Mpa、1Mpa、2Mpa和4 Mpa设计试验压力5个等级逐次顺序加载，直至压力稳定，关闭进液阀19， 并关闭泥浆泵20。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发 明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说 明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有 的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发 明创造权利要求的保护范围之中。