侵蚀及渗流作用下注浆加固体稳定性三维模型试验系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种侵蚀及渗流作用下注浆加固体稳定性三维模型试验系统及方法，系统包括试验台架、供水系统、地应力加载系统和监测系统，其中：所述试验台架为具有容纳空间的框架结构，框架结构内设置有注浆加固体，框架结构上设置有接口和隧道口，所述接口与监测系统的信号收集器相连，收集试验过程中产生的应力和渗压信息，通过隧道口观察实验过程中注浆加固体形状变化及渗水情况，所述供水系统为试验台架提供液体源及压力，所述地应力加载系统向注浆加固体施加地应力，实现模拟注浆加固体在液体长期侵蚀作用及渗流作用下的损伤破坏，测量计算侵蚀及渗流作用下不同时间注浆加固体的渗透系数。

Three dimensional model test system and method for grouting and solid stability under erosion and seepage

The invention discloses a three-dimensional model test system and method for stability of grouting reinforcement under erosion and seepage. The system comprises a test bench, a water supply system, a ground stress loading system and a monitoring system, wherein the test bench is a frame structure with accommodation space, and a grouting reinforcement body is arranged in the frame structure. The frame structure is provided with an interface and a tunnel entrance. The interface is connected with a signal collector of the monitoring system to collect the stress and seepage pressure information generated during the test. The shape change and seepage of the grouting reinforcement during the test are observed through the tunnel entrance. The water supply system provides a liquid source and pressure for the test bench. The in-situ stress loading system is used to apply the in-situ stress to the grouting reinforcement to simulate the damage and failure of the grouting reinforcement under long-term liquid erosion and seepage. The permeability coefficient of the grouting reinforcement at different time under the action of erosion and seepage is measured and calculated.

【技术实现步骤摘要】
侵蚀及渗流作用下注浆加固体稳定性三维模型试验系统及方法
本专利技术涉及一种侵蚀及渗流作用下注浆加固体稳定性三维模型试验系统及方法。
技术介绍
海底隧道开挖时，经常发生围岩变形大、涌水量大等问题，甚至发生突涌水灾害，严重危害人员财产安全。注浆作为处理海底隧道穿越断层破碎带等不良地质段时的有效方法，得到了越来越广泛的应用。在海水长期侵蚀作用及渗流作用下地层中注浆加固体中的细小颗粒会被分解进而被带走，降低了注浆加固体的强度，增加了注浆加固体的透水性，严重影响海底隧道的长期稳定性。因此开展三维模型试验研究海底隧道地层中注浆加固体在海水长期侵蚀作用及渗流作用下的损伤破坏对于研究海底隧道长期稳定性尤为重要。目前长期稳定性试验系统主要有以下不足：国内外关于海水侵蚀作用及渗流作用下注浆加固体长期稳定性模型试验系统并不多见，主要问题是此类试验和研究较少，且大多仅仅考虑海水侵蚀或渗流作用单一因素；相关试验主要是测试试块在海水侵蚀或渗流作用下的损伤破坏，不能反映海底隧道注浆加固体在双重因素作用下损伤破坏的实际情况，不能得到海底隧道注浆加固体实际损伤破坏规律。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种侵蚀及渗流作用下注浆加固体稳定性三维模型试验系统及方法，本专利技术可以实现模拟海底隧道地层中注浆加固体在海水长期侵蚀作用及渗流作用下的损伤破坏，并可测量计算海水侵蚀及渗流作用下不同时间注浆加固体的渗透系数。具有密封性好、结构简单、可重复使用、操作方便等优点。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种侵蚀及渗流作用下注浆加固体稳定性三维模型试验系统，包括试验台架、供水系统、地应力加载系统和监测系统，其中：所述试验台架为具有容纳空间的框架结构，框架结构内设置有注浆加固体，框架结构上设置有接口和隧道口，所述接口与监测系统的信号收集器相连，收集试验过程中产生的应力和渗压信息，通过隧道口观察实验过程中注浆加固体形状变化及渗水情况，所述供水系统为试验台架提供液体源及压力，所述地应力加载系统向注浆加固体施加地应力，实现模拟注浆加固体在液体长期侵蚀作用及渗流作用下的损伤破坏，测量计算侵蚀及渗流作用下不同时间注浆加固体的渗透系数。进一步的，所述试验台架包括上部敞口的方形框架体，方形框架体上连接有顶盖，方形框架体的四周设置翼板，翼板与顶盖连接，且连接处设置有密封件，方形框架体四周设置有起加固作用的工字钢肋板。进一步的，所述试验台架上设置有观测口，以观察实验过程中注浆加固体形状变化及渗水情况。进一步的，所述试验台架内承载有填料，观测口外侧连接有法兰盘，利用注浆系统通过法兰盘对填料进行注浆形成圆柱状注浆加固体。进一步的，所述的顶盖有第二接口，第二接口通过输水管与供水系统相连。进一步的，所述的供水系统包括压力罐、空压机和水泵，所述的压力罐有三个接口和一个泄压阀门，一个接口与为压力罐提供压力的空压机相连，另一接口与为压力罐提供水源的水泵相连，另外的接口与试验台架上部顶盖相连，为试验台架提供水源及压力。进一步的，所述的地应力加载系统包括液压油缸、油泵、反力架和承压板，所述的液压油缸有连接接口，连接接口与油泵通过输油管相连，输油管上安装压力表监控油压；所述的液压油缸安装在顶盖上，液压油缸上部顶到上反力架，通过上反力架提供反作用力；所述的液压油缸下部顶在承压板上，通过承压板向填料施加均匀的压力。更进一步的，所述反力架由上反力架与下反力架组成，上下反力架相连接，下反力架与底板通过焊接连接，且通过钢板焊接连接下反力架与底板进一步提高反力架强度和刚度。进一步的，所述的监测系统包括监测元件和信号收集器，监测元件包括应力传感器和渗压传感器，分别监测试验台架内部应力与渗压变化情况，监测元件通过线路与信号收集器连接，收集试验过程中注浆加固体产生的应力和渗压试验信息。基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：步骤一：安装试验台架和地应力加载系统；步骤二：使用输气管连接空压机的气压调节器与压力罐，使用送水管连接水泵与压力罐，送水管上安装送水阀门；使用输水管连接压力罐与顶盖，输水管上安装输水阀门和压力表；使用输油管连接液压油缸与油泵，输油管上安装压力表；步骤三：打开油泵输送油压施加地应力，保证油压达到指定压力并保持；连接法兰盘与注浆装置，通过注浆形成圆柱状注浆加固体；注浆结束后，拆卸法兰盘，通过试验台架圆形开口开挖形成隧道；步骤四：打开输水阀门、送水阀门和水泵，当压力罐储存一定量海水时关闭水泵和送水阀门；步骤五：施加水压，打开空压机并调节气压调节器使压力罐内部达到指定压力进行长期稳定性试验，直到试验完成。在水压加载过程中，压力罐上部为空气，下部为海水，依靠空压机提供的空气压力转化为水压力作用在注浆加固体上，从而开展长期稳定性试验。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术可以实现模拟海底隧道地层中注浆加固体在海水长期侵蚀作用及渗流作用下的损伤破坏，并可测量计算海水侵蚀及渗流作用下不同时间注浆加固体的渗透系数。具有密封性好、结构简单、可重复使用、操作方便等优点。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是本专利技术结构示意平面图；图2是本专利技术试验台架、液压油缸、反力架三维图；图3是本专利技术试验台架、液压油缸、反力架三维剖面图；图中：1.压力罐；2.空压机；3.气压调节器；4.输气管；5.第三接口；6.水泵；7.送水管；8.送水阀门；9.第四接口；10.卸压阀门；11.水压压力表；12.第五接口；13.输水阀门；14.压力罐支架；15.输水管；16.输油管；17.油压压力表；18.油泵；19.信号收集器；20.线路；21.上反力架；22.螺栓Ⅲ；23.下反力架；24.肋板；25.加强钢板；26.底板；27.螺栓II；28.第六接口；29.液压油缸；30.第二接口；31.承压板；32.螺栓I；33.顶盖；34橡胶垫；35.翼板；36.第一接口；37.试验台架；38.圆形开口；39.法兰盘；40.螺栓Ⅳ；41.填料；42.注浆加固体；具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本专利技术中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本专利技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本专利技术中任一部件或元件，不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种侵蚀及渗流作用下注浆加固体稳定性三维模型试验系统，其特征是：包括试验台架、供水系统、地应力加载系统和监测系统，其中：所述试验台架为具有容纳空间的框架结构，框架结构内设置有注浆加固体，框架结构上设置有接口和隧道口，所述接口与监测系统的信号收集器相连，收集试验过程中产生的应力和渗压信息，通过隧道口观察实验过程中注浆加固体形状变化及渗水情况，所述供水系统为试验台架提供液体源及压力，所述地应力加载系统向注浆加固体施加地应力，实现模拟注浆加固体在液体长期侵蚀作用及渗流作用下的损伤破坏，测量计算侵蚀及渗流作用下不同时间注浆加固体的渗透系数。

【技术特征摘要】
1.一种侵蚀及渗流作用下注浆加固体稳定性三维模型试验系统，其特征是：包括试验台架、供水系统、地应力加载系统和监测系统，其中：所述试验台架为具有容纳空间的框架结构，框架结构内设置有注浆加固体，框架结构上设置有接口和隧道口，所述接口与监测系统的信号收集器相连，收集试验过程中产生的应力和渗压信息，通过隧道口观察实验过程中注浆加固体形状变化及渗水情况，所述供水系统为试验台架提供液体源及压力，所述地应力加载系统向注浆加固体施加地应力，实现模拟注浆加固体在液体长期侵蚀作用及渗流作用下的损伤破坏，测量计算侵蚀及渗流作用下不同时间注浆加固体的渗透系数。2.如权利要求1所述的一种侵蚀及渗流作用下注浆加固体稳定性三维模型试验系统，其特征是：所述试验台架包括上部敞口的方形框架体，方形框架体上连接有顶盖，方形框架体的四周设置翼板，翼板与顶盖连接，且连接处设置有密封件，方形框架体四周设置有起加固作用的工字钢肋板。3.如权利要求1所述的一种侵蚀及渗流作用下注浆加固体稳定性三维模型试验系统，其特征是：所述试验台架上设置有观测口，以观察实验过程中注浆加固体形状变化及渗水情况。4.如权利要求1所述的一种侵蚀及渗流作用下注浆加固体稳定性三维模型试验系统，其特征是：所述试验台架内承载有填料，观测口外侧连接有法兰盘，利用注浆系统通过法兰盘对填料进行注浆形成圆柱状注浆加固体。5.如权利要求1所述的一种侵蚀及渗流作用下注浆加固体稳定性三维模型试验系统，其特征是：所述的顶盖有第二接口，第二接口通过输水管与供水系统相连。6.如权利要求1所述的一种侵蚀及渗流作用下注浆加固体稳定性三维模型试验系统，其特征是：所述的供水系统包括压力罐、空压机和水泵，所述的压力罐有三个接口和一个泄压阀门，一个接口与为压力罐提供压力的空压机相连，另一接口与为压力罐提供水源的水泵相连，另外的接口与试验台架上部顶盖相连，为试验台架提供水源及压力。7.如权利要求1所述的一种侵蚀及渗流作用下...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆松，刘衍凯，刘人太，王洪波，刘亚南，马晨阳，高岩，周恒，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37