一种室内砂土注浆模拟试验装置及其试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种室内砂土注浆模拟试验装置及其试验方法，包括空气压缩机、储浆桶、注浆桶、水箱、CCD相机、激光器、同步器、计算机；储浆桶分别连接空气压缩机和注浆桶；水箱与注浆桶的进水口相连接，为注浆桶注水以模拟地下水；注浆桶内储存有试验用透明砂土；CCD相机设置有两台，分别设置在注浆桶的正下方和侧向，激光器的投影面与CCD相机的拍摄方向垂直。本发明专利技术能够模拟不同地下水压力、不同地应力、不同注浆压力、不同颗粒级配与及不同注浆管径等多种实验工况；另外本实验将使用由熔融石英砂和一定配比的矿物油来制作透明砂土，再运用PIV技术实现注浆试验过程中浆液及砂土运动形态的可视化。

An Indoor Sand Grouting Simulator and Its Test Method

The invention discloses an indoor sand grouting simulation test device and its test method, including an air compressor, a storage tank, a grouting barrel, a water tank, a CCD camera, a laser, a synchronizer and a computer; the storage barrel is respectively connected with an air compressor and a grouting barrel; the water tank is connected with the water inlet of the grouting barrel to simulate groundwater; and the grouting barrel is stored for testing purposes. Transparent sand; two CCD cameras are set directly below the grouting barrel and laterally. The projection plane of the laser is perpendicular to the shooting direction of the CCD camera. The invention can simulate various experimental conditions such as different groundwater pressure, different in-situ stress, different grouting pressure, different particle gradation and different grouting pipe diameter, etc. In addition, the transparent sandy soil will be made by fused quartz sand and mineral oil with a certain proportion, and then the PIV technology will be used to realize the visualization of grouting fluid and sand movement pattern in the grouting test process.

【技术实现步骤摘要】
一种室内砂土注浆模拟试验装置及其试验方法
本专利技术涉及水利工程
，特别涉及一种室内砂土注浆模拟试验装置及其试验方法。
技术介绍
水利工程建设中需要应对各种基础问题，其中，砂土地层由于渗透性大而处理难度很大。注浆技术的应用可显著降低砂土地层的渗透系数，提高地基承载力，但注浆浆液在砂土地层中的扩散形态及扩散过程是隐蔽不可见的，浆液与土体间的渗透、压密或劈裂等作用方式的发展进程无法直接观测，这使得以室内试验为基础的注浆理论研究远落后于工程实践的需要[1-3]，也使得注浆工艺更多依赖于经验，提升、改进空间有限。室内注浆研究的相对滞后严重制约着复杂地层中水利工程建设，因此亟需开展此方面的相关室内试验研究[4]。为了进一步阐述并完善注浆方面的相关理论，国内外诸多学者从不同角度出发，进行了大量的现场试验及室内试验研究与探讨，同时也研发出各式各样、各有所长的试验装置，如梅志荣等[5]研发了模拟施工现场注浆的室内加压注浆试验装置，尹会永等[6]研发了弱胶结岩体定向劈裂注浆试验系统，阳恩慧等[7]研发了一种路基压力注浆试验模拟设备，白云等[8]研发了盾构同步注浆试验用模拟系统及其试验方法，虽然各类注浆装置层出不穷，但针对于砂土地层注浆来说，室内模拟试验装置仍需深入考虑以下注浆方面的问题：(1)如何准确的模拟高地下水压力作用对砂土地层注浆的影响；(2)如何精确的模拟高地应力作用对砂土地层注浆的影响；(3)如何直观的描述注浆浆液在砂土颗粒中的扩散过程以及砂土颗粒在不同注浆压力、不同地下水压力、不同地应力作用下的运动形态。参考文献：[1]HernqvistL,Fransson,GustafsonG,etal.AnalysesofthegroutingresultsforasectionoftheAPSEtunnelatHardRockLaboratory[J].InternationalJournalofRockMechanics&MiningSciences,2009,46(3):439-449.[2]GustafsonG,StilleH.Predictionofgroutabilityfromgroutpropertiesandhydrogeologicaldata[J].Tunnelling&UndergroundSpaceTechnology,1996,11(3):325-332.[3]FranssonA.NonparametricMethodforTransmissivityDistributionsAlongBoreholes[M]//Groundwater:201–204.[4]秦鹏飞.砂土注浆的颗粒流细观力学数值模拟[J].土木工程与管理学报,2017,34(4):30-38.[5]梅志荣,李斯海,杜俊,等.模拟施工现场注浆的室内加压注浆试验装置:,CN202145207U[P].2012.[6]尹会永,张伟杰,魏久传,等.弱胶结岩体定向劈裂注浆试验系统:,CN105510559A[P].2016.[7]阳恩慧,邱延峻,艾长发,等.一种路基压力注浆试验模拟设备:,CN202814967U[P].2013.[8]白云,吴世明,戴志仁,等.盾构隧道同步注浆试验用模拟系统及其试验方法:,CN103913289A[P].2014.
技术实现思路
为综合解决上述砂土地层注浆方面的相关问题，本专利技术提供一种室内砂土注浆模拟试验装置及其试验方法，能够模拟不同地下水压力、不同地应力、不同注浆压力、不同颗粒级配与及不同注浆管径等多种实验工况；另外本实验将使用由熔融石英砂和一定配比的矿物油来制作透明砂土，再运用PIV技术实现注浆试验过程中浆液及砂土运动形态的可视化。本专利技术所采用的技术方案是：一种室内砂土注浆模拟试验装置，包括空气压缩机、储浆桶、注浆桶、水箱、CCD相机、激光器、同步器、计算机；所述储浆桶分别连接所述空气压缩机和所述注浆桶；所述水箱与所述注浆桶的进水口相连接，为所述注浆桶注水以模拟地下水；所述注浆桶内储存有试验用透明砂土；所述CCD相机设置有两台，分别设置在所述注浆桶的正下方和侧向，所述CCD相机分别与所述同步器、所述计算机相连接；所述同步器分别与所述计算机、所述激光器相连接；所述激光器设置有两台，两台所述激光器的投影面分别与两台所述CCD相机的拍摄方向垂直。进一步的，所述注浆桶包括圆柱形的内桶体和外桶体，所述内桶体和所述外桶体之间形成注水腔；所述注浆桶的顶部、位于所述注水腔的位置对称开设有两个进水口，两个所述进水口通过输水管与所述水箱相连接，所述内桶体的两侧对称处开设有两列进水孔；所述注浆桶的顶部设置有用于模拟不同地应力的压力加载板，所述压力加载板与所述注浆桶内壁之间接触处设置有使得所述压力加载板具有活动性同时保证透明砂土中的水流不外渗的橡胶圈，所述压力加载板连接有给所述压力加载板施加预设压力的液压装置。其中，所述内桶体和所述外桶体均采用透明有机玻璃制成。其中，每列所述进水孔设置有若干个，沿所述内桶体高度方向均匀布置；所述进水孔处设置有防止透明砂土流出的过滤网。其中，所述内桶体的壁面沿竖向设置有主刻度和次刻度。进一步的，所述水箱靠近底部处开设有两个输水孔，两个所述输水孔通过输水管与所述注浆桶顶部的进水口相连接；两条所述输水管上、靠近所述水箱处设置有控制所述水箱中水流出入的阀门；所述水箱的顶部设置有通气孔、进水口以及用于实时观察所述水箱中压力的第一压力表。进一步的，所述水箱的底部设置有用于调节所述水箱高度以模拟不同埋深地下水的活动支架。进一步的，所述储浆桶的顶部开设有三处孔口：一处为进浆口，一处通过第一管线与所述空气压缩机相连接，另一处通过第二管线与所述注浆桶相连接，所述第一管线上设置有用于使所述空气压缩机提供稳定注浆压力的稳压器，所述第二管线上设置有用于测试注浆压力的第二压力表。其中，所述储浆桶桶体采用透明有机玻璃制成。本专利技术所采用的另一技术方案是：一种基于上述室内砂土注浆模拟试验装置的试验方法，包括以下步骤：步骤1，将注浆桶放置于距离地面一高度且平稳处，注浆桶通过输水管连接水箱、通过第二管线连接储浆桶，注浆桶的压力加载板连接液压装置，储浆桶通过第一管线连接空气压缩机，然后进行密闭性测试，密闭性测试通过后进行下一步操作；步骤2，按试验方案筛选出预设颗粒级配的熔融石英砂，分层铺填并夯实至注浆桶内，再加入矿物油完成透明砂土的制作；步骤3，调节水箱下方活动支架使水箱位于试验方案预设的地下水压力相对应的高程位置，将输水管上的阀门打开使水流顺利下流并通过进水孔进入透明砂土中直至透明砂土饱和，饱和后将水箱出口处阀门关闭；步骤4，配置注浆浆液，并将浆液通过储浆桶进浆口缓慢倒入，调整稳压器及第二压力表；步骤5，CCD相机分别设置在注浆桶的正下方和侧向，激光器的投影面与CCD相机的拍摄方向垂直，CCD相机通过数据线分别与同步器、计算机相连，同步器分别与计算机与激光器相连；关闭实验室光源后，将激光器打开并调节投影面，直至在预设位置形成稳定且清晰的投影面后，再将计算机及CCD相机打开，设置CCD相机数据采集频率进行数据采集；步骤6，打开空气压缩机按试验方案预设的注浆压力将储浆桶中的浆液注入注浆桶中的透明砂土中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种室内砂土注浆模拟试验装置，其特征在于，包括空气压缩机、储浆桶、注浆桶、水箱、CCD相机、激光器、同步器、计算机；所述储浆桶分别连接所述空气压缩机和所述注浆桶；所述水箱与所述注浆桶的进水口相连接，为所述注浆桶注水以模拟地下水；所述注浆桶内储存有试验用透明砂土；所述CCD相机设置有两台，分别设置在所述注浆桶的正下方和侧向，所述CCD相机分别与所述同步器、所述计算机相连接；所述同步器分别与所述计算机、所述激光器相连接；所述激光器设置有两台，两台所述激光器的投影面分别与两台所述CCD相机的拍摄方向垂直。

【技术特征摘要】
1.一种室内砂土注浆模拟试验装置，其特征在于，包括空气压缩机、储浆桶、注浆桶、水箱、CCD相机、激光器、同步器、计算机；所述储浆桶分别连接所述空气压缩机和所述注浆桶；所述水箱与所述注浆桶的进水口相连接，为所述注浆桶注水以模拟地下水；所述注浆桶内储存有试验用透明砂土；所述CCD相机设置有两台，分别设置在所述注浆桶的正下方和侧向，所述CCD相机分别与所述同步器、所述计算机相连接；所述同步器分别与所述计算机、所述激光器相连接；所述激光器设置有两台，两台所述激光器的投影面分别与两台所述CCD相机的拍摄方向垂直。2.根据权利要求1所述的一种室内砂土注浆模拟试验装置，其特征在于，所述注浆桶包括圆柱形的内桶体和外桶体，所述内桶体和所述外桶体之间形成注水腔；所述注浆桶的顶部、位于所述注水腔的位置对称开设有两个进水口，两个所述进水口通过输水管与所述水箱相连接，所述内桶体的两侧对称处开设有两列进水孔；所述注浆桶的顶部设置有用于模拟不同地应力的压力加载板，所述压力加载板与所述注浆桶内壁之间接触处设置有使得所述压力加载板具有活动性同时保证透明砂土中的水流不外渗的橡胶圈，所述压力加载板连接有给所述压力加载板施加预设压力的液压装置。3.根据权利要求2所述的一种室内砂土注浆模拟试验装置，其特征在于，所述内桶体和所述外桶体均采用透明有机玻璃制成。4.根据权利要求2所述的一种室内砂土注浆模拟试验装置，其特征在于，每列所述进水孔设置有若干个，沿所述内桶体高度方向均匀布置；所述进水孔处设置有防止透明砂土流出的过滤网。5.根据权利要求2所述的一种室内砂土注浆模拟试验装置，其特征在于，所述内桶体的壁面沿竖向设置有主刻度和次刻度。6.根据权利要求1所述的一种室内砂土注浆模拟试验装置，其特征在于，所述水箱靠近底部处开设有两个输水孔，两个所述输水孔通过输水管与所述注浆桶顶部的进水口相连接；两条所述输水管上、靠近所述水箱处设置有控制所述水箱中水流出入的阀门；所述水箱的顶部设置有通气孔、进水口以及用于实时观察所述水箱中压力的第一压力表。7.根据权利要求1所述的一种室内砂土...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔溦，刘灿平，宋慧芳，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12