一种注浆模型试验箱体及试验方法技术

本发明专利技术涉及一种隧道工程小导管注浆模型试验中试验箱体装置及使用该箱体进行注浆试验的方法，该试验箱体，包括若干块箱体钢板，所述箱体钢板可活动拼接成立方体密闭结构的试验箱体，该试验箱体在模拟试验时内部填充砂土；所述试验箱体包括一个正面、两个侧面、一个后面、一个底面和一个顶面；所述试验箱体的正面设置有至少两个单个注浆管预留注浆孔，用以进行注浆；所述试验箱体的顶面设置有通气孔；所述试验箱体的顶面上还设置有提供反力的顶盖。通过在试验箱体内部填筑砂土，并向其中注浆，模拟现实注浆过程，且该试验箱体能实现在箱体内进行单根管和双管注浆模拟，并且无需上覆荷载，通过该方法模拟注浆过程，可靠性较高。

A Kind of Grouting Model Test Box and Test Method

The invention relates to a test box device and a grouting test method using the box in the model test of small duct grouting in tunnel engineering. The test box body includes several box steel plates, which can be movably spliced together to form a test box with a cubic enclosed structure. The test box body is filled with sand during the simulation test; the test box body includes a front side and two sides. The front of the test box body is provided with at least two single grouting pipe reserved grouting holes for grouting; the top surface of the test box body is provided with ventilation holes; and the top surface of the test box body is also provided with a top cover providing reaction force. The actual grouting process is simulated by filling sand in the inner part of the test box and grouting into it. The test box can simulate the grouting process of single pipe and double pipe in the box without overlying load. The method has high reliability in simulating the grouting process.

【技术实现步骤摘要】
一种注浆模型试验箱体及试验方法
本专利技术涉及一种隧道工程小导管注浆模型试验中试验箱体及使用该箱体进行注浆试验的方法，该装置能实现在箱体内进行单根管和双管注浆模拟，并且无需上覆荷载，通过该方法模拟注浆过程，可靠性较高。
技术介绍
小导管注浆是隧道工程施工中，对前方地层进行预先加固或止水的重要手段。所谓注浆，是指通过液压、气压等，利用钻设注浆孔或预设装置将某些能够凝固的浆液注入到岩土体介质中，浆液通过充填、渗透、劈裂、压密等形式在其内部扩散，驱赶空隙介质中的空气和水等而替换之，通过岩土体自身密度增大及浆液的胶凝作用，使被注岩土体形成强度、抗渗性能、稳定性均得到大幅提高的新结构体。为研究小导管注浆的渗透机理，了解注浆过程中各参数的影响以及注浆效果，采用模型试验是一种有效手段。所谓模型试验，是以相似理论为理论基础，通过量纲分析等方法，获得相似判据和各物理量之间的相似比，进行缩尺试验的方法。在进行小导管注浆模型试验之前，必须进行模型箱的设计，作为试验场所。而在小导管注浆中，沿导管长度方向注浆压力会进行衰减，因而必须保证小导管有足够的长度。这就要求箱体的尺寸足够大。而且，浆液压力会作用在土体上，上覆土压力不足时，浆液会将土体冲破造成破坏。因此，必须保证上覆土足够的压力。
技术实现思路
本专利技术的目的为解决以上问题，设计一种注浆模型试验的大箱体，可同时在箱体中进行多种工况组合，并且由于箱体顶面设计有顶盖和横梁，无需堆载沙袋进行加压，仅靠顶面和横梁便可提供足够的上覆压力；箱体上设置有排气孔，可排除由于排气不畅对注浆的影响。该装置能实现在箱体内进行单根管和双管注浆模拟，并且无需上覆荷载，通过该方法模拟注浆过程，可靠性较高。实现本专利技术目的的技术方案是：一种注浆模型试验箱体，包括若干块箱体钢板，所述箱体钢板可活动拼接成立方体密闭结构的试验箱体，该试验箱体在模拟试验时内部填充砂土；所述试验箱体包括一个正面、两个侧面、一个后面、一个底面和一个顶面；所述试验箱体的正面设置有至少两个单个注浆管预留注浆孔，用以进行注浆；所述试验箱体的顶面设置有通气孔；所述试验箱体的顶面上还设置有提供反力的顶盖。进一步的，所述试验箱体的除顶面外的其他面也设置有通气孔。进一步的，所述顶盖包括若干组横梁；每组所述横梁由中部梁和两端向下弯折的固定端梁组成，在所述固定端梁上设置有螺栓孔，在所述试验箱体的相对的侧面上设置有能够与所述固定端梁上设置的螺栓孔通过螺栓相连的螺栓孔；所述横梁可以跨设在所述试验箱体的顶面上、且使所述固定端梁上的螺栓孔和所述试验箱体的侧面上的螺栓孔通过螺栓连接。进一步的，在每一块所述箱体钢板上均设有加强筋，该加强筋为加筋槽钢。进一步的，在其中一个所述侧面设置有预留进土口，且在该进土口处设置有可拆卸的封口挡板，该进土口用以向箱体内填入砂土，且当填入的砂土达到该进土口下缘时可用封口挡板进行封口。进一步的，所述单个注浆管预留注浆孔为两个，能够进行单个注浆管注浆模拟试验，也能够同时在试验箱体内进行两组注浆管注浆模拟试验。进一步的，所述试验箱体的正面设置有至少一组双管预留注浆孔，用以进行注浆。进一步的，所述双管预留注浆孔两孔间距30-50cm。进一步的，所述单个注浆管预留注浆孔和\或所述双管预留注浆孔在注浆时，可在预留注浆孔内插入注浆小导管，该注浆小导管为长管状结构，且在伸入试验箱体内部分设有溢浆孔。进一步的，所述试验箱体侧面长度为4m，至少由两块箱体钢板通过螺栓连接组装。一种使用注浆模型试验箱体进行注浆试验的方法，包括以下步骤，步骤一：拼装试验箱体底面；通过螺栓将箱体钢板连接组成试验箱体底面；步骤二：拼装带有预留注浆孔的试验箱体正面；通过螺栓将箱体钢板连接组成试验箱体正面，并将试验箱体正面与试验箱体底面通过螺栓连接；步骤三：拼装与试验箱体正面相邻的试验箱体侧面；通过螺栓将箱体钢板连接组成试验箱体侧面；并将试验箱体侧面与试验箱体底面、试验箱体正面通过螺栓连接；步骤四：拼装与试验箱体正面相对的试验箱体后面；通过螺栓将箱体钢板连接组成试验箱体后面；并将试验箱体后面与试验箱体底面、试验箱体侧面通过螺栓连接；形成敞口式试验箱体；步骤五：在拼装完成的敞口式试验箱体的内表面设置一隔离层，用以防止注浆浆液与试验箱体粘结；步骤六：通过预留进土口向箱体内送入砂土，并按照试验预定的压实度进行分层填筑夯实；步骤七：当砂土填筑至预留注浆孔标高时，将注浆小导管平放于砂土上，埋置注浆小导管，使注浆小导管一端穿过预留注浆孔并在试验箱体的箱体钢板外侧伸出20-30cm，用以连接注浆胶管；步骤八：砂土填筑至预留进土口下缘时，用封口挡板进行封口，改用起吊设备通过试验箱体上方的敞口向试验箱体内填筑砂土；步骤九：砂土填筑过程中需要监测渗流压力的位置定为监测点，在各监测点上布置土压力盒；土压力盒密封在柔性塑料薄膜内，并将土压力盒的数据传输线引出至试验箱体外；步骤十：继续填筑砂土至试验箱体顶面标高处；步骤十一：盖上顶面，将若干组横梁均匀分散并跨设在试验箱体的顶面上，横梁的固定端梁与侧板通过螺栓孔进行螺栓连接；注浆模型试验箱体模型制作完成；步骤十二：将引出的土压力盒数据传输线接在数据采集仪上，并通过网线将数据采集仪与电脑连通，用以将数据采集仪采集的各土压力盒的应变值通过电脑计算软件自动计算各应力值；步骤十三：注浆小导管外露端接注浆胶管，注浆胶管与注浆泵出浆口连接，注浆泵进浆管与搅拌机料筒或人工搅拌料筒连接；步骤十四：按照测试用水灰比配制水泥浆液；步骤十五：开动注浆泵进行注浆，浆液将通过注浆小导管上的溢浆孔渗透至砂土介质的孔隙内，注浆过程中数据采集仪将自动收集和记录各压力盒传输的压力值并传输到电脑上，注浆压力逐步升高，当注浆压力达到试验设计值时结束注浆；步骤十六：注浆结束后，等待6-24h，浆液凝结并固结注浆范围内的砂土一起形成结石体，拆除试验箱体横梁和顶面，将结石体从试验箱体的砂土中挖出，记录其形态并测量距离预留注浆孔不同位置的结石体半径；步骤十七：对距离注浆小导管径向不同扩散位置处的结石体钻孔取样，并在压力机上测试其抗压强度；步骤十八：数据处理，根据注浆过程中各监测点距离注浆小导管的溢浆孔径向不同扩散位置处的应力值拟合出注浆压力与扩散距离的函数关系、以及抗压强度与扩散距离的函数关系。进一步的，所述试验箱体的底面、侧面、顶面各由两块箱体钢板通过螺栓连接组成，所述试验箱体的正面、后面由一块箱体钢板组成；箱体钢板外侧设置有加筋槽钢。进一步的，所述步骤五中设置的隔离层为涂刷在试验箱体内表面的一层隔离油、或铺设在试验箱体内表面的塑料薄膜；当隔离层为铺设在试验箱体内表面的塑料薄膜时，在试验箱体的气孔和预留进土口处的塑料薄膜上挖设通孔。进一步的，所述步骤六中填筑砂土分层夯实时每层铺设厚度20-30cm，采用打夯机进行夯实，当夯实后的砂土密度与天然密度一致时结束夯实，进行下一层填筑。进一步的，所述步骤七中封口挡板进行封口时用螺栓将封口挡板与试验箱体连接。进一步的，所述步骤八中注浆小导管长度略短于试验箱体侧面的长度。进一步的，所述步骤九中土压力盒为电阻应变式或振弦式土压力盒；所述步骤十二中数据采集仪采用静态解调仪，并通过网线与电脑接通；所述步骤十三中注浆胶管为高压编织胶管。进一步的，所述步骤十五中注浆压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种注浆模型试验箱体，其特征在于：包括若干块箱体钢板，所述箱体钢板可活动拼接成立方体密闭结构的试验箱体，该试验箱体在模拟试验时内部填充砂土；所述试验箱体包括一个正面、两个侧面、一个后面、一个底面和一个顶面；所述试验箱体的正面设置有至少两个单个注浆管预留注浆孔，用以进行注浆；所述试验箱体的顶面设置有通气孔；所述试验箱体的顶面上还设置有提供反力的顶盖。

【技术特征摘要】
1.一种注浆模型试验箱体，其特征在于：包括若干块箱体钢板，所述箱体钢板可活动拼接成立方体密闭结构的试验箱体，该试验箱体在模拟试验时内部填充砂土；所述试验箱体包括一个正面、两个侧面、一个后面、一个底面和一个顶面；所述试验箱体的正面设置有至少两个单个注浆管预留注浆孔，用以进行注浆；所述试验箱体的顶面设置有通气孔；所述试验箱体的顶面上还设置有提供反力的顶盖。2.如权利要求1所述的一种注浆模型试验箱体，其特征在于：所述试验箱体的除顶面外的其他面也设置有通气孔。3.如权利要求2所述的一种注浆模型试验箱体，其特征在于：所述顶盖包括若干组横梁；每组所述横梁由中部梁和两端向下弯折的固定端梁组成，在所述固定端梁上设置有螺栓孔，在所述试验箱体的相对的侧面上设置有能够与所述固定端梁上设置的螺栓孔通过螺栓相连的螺栓孔；所述横梁可以跨设在所述试验箱体的顶面上、且使所述固定端梁上的螺栓孔和所述试验箱体的侧面上的螺栓孔通过螺栓连接。4.如权利要求3所述的一种注浆模型试验箱体，其特征在于：在每一块所述箱体钢板上均设有加强筋，该加强筋为加筋槽钢。5.如权利要求1-4中任意一项所述的一种注浆模型试验箱体，其特征在于：在其中一个所述侧面设置有预留进土口，且在该进土口处设置有可拆卸的封口挡板，该进土口用以向箱体内填入砂土，且当填入的砂土达到该进土口下缘时可用封口挡板进行封口。6.如权利要求5所述的一种注浆模型试验箱体，其特征在于：所述单个注浆管预留注浆孔为两个，能够进行单个注浆管注浆模拟试验，也能够同时在试验箱体内进行两组注浆管注浆模拟试验。7.如权利要求6所述的一种注浆模型试验箱体，其特征在于：所述试验箱体的正面设置有至少一组双管预留注浆孔，用以进行注浆。8.如权利要求7所述的一种注浆模型试验箱体，其特征在于：所述双管预留注浆孔两孔间距30-50cm。9.如权利要求7所述的一种注浆模型试验箱体，其特征在于：所述单个注浆管预留注浆孔和\或所述双管预留注浆孔在注浆时，可在预留注浆孔内插入注浆小导管，该注浆小导管为长管状结构，且在伸入试验箱体内部分设有溢浆孔。10.如权利要求8所述的一种注浆模型试验箱体，其特征在于：所述试验箱体侧面长度为4m，至少由两块箱体钢板通过螺栓连接组装。11.一种使用注浆模型试验箱体进行注浆试验的方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一：拼装试验箱体底面；通过螺栓将箱体钢板连接组成试验箱体底面；步骤二：拼装带有预留注浆孔的试验箱体正面；通过螺栓将箱体钢板连接组成试验箱体正面，并将试验箱体正面与试验箱体底面通过螺栓连接；步骤三：拼装与试验箱体正面相邻的试验箱体侧面；通过螺栓将箱体钢板连接组成试验箱体侧面；并将试验箱体侧面与试验箱体底面、试验箱体正面通过螺栓连接；步骤四：拼装与试验箱体正面相对的试验箱体后面；通过螺栓将箱体钢板连接组成试验箱体后面；并将试验箱体后面与试验箱体底面、试验箱体侧面通过螺栓连接；形成敞口式试验箱体；步骤五：在拼装完成的敞口式试验箱体的内表面设置一隔离层，用以防止注浆浆液与试验箱体粘结；步骤六：通过预留进土口向箱体内送入砂土，并按照试验预定的压实度进行分层填筑夯实；步骤七：当砂土填筑至预留注浆孔标高时，将注浆小导管平放于砂土上，埋置注浆小导管，使注浆小导管一端穿过预留注浆孔并在试验箱体的箱体钢板外侧伸出20-30cm，用以连接注浆胶管；步骤八：砂土填筑至预留进土口下缘时，用封口挡板进行封口，改用起吊设备通过试验箱体上方的敞口向试验箱体内填筑砂...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文江，王庆磊，卜新宝，孙源，关岳卓尔，韩现民，崔蓬勃，李杰彬，孙彦辉，贾世迎，李卫娟，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，石家庄市轨道交通有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北,13