本发明专利技术公开了一种表征多孔介质的孔隙结构时空演变试验装置及其使用方法，渗透试验装置系统包括不锈钢试验筒(1)和8个取样器(2)；不锈钢试验筒(1)上端通过法兰(4)与注浆管道(10)连接，注浆管道(10)上设有截止阀(9)，不锈钢试验筒(1)下端安设有调节阀(8)，不锈钢试验筒(1)的上端的法兰(4)上设有多个固定密封的取样器(2)，不锈钢试验筒(1)内布有一定粒径分布的充填介质(13)，充填介质(13)的上端和下端设有过滤网(7)；注浆设备系统(12)通过注浆管道(10)与渗透试验装置系统连接提供浆液。本发明专利技术通过测定不同注浆参数下，不同时间和空间条件下的试件孔隙度来研究在注浆过程中多孔介质孔隙结构的时空演变，从而实现从时间和空间上控制注浆加固的效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种表征注浆过程中岩土介质的孔隙结构时空演变的试验装置和方法。
技术介绍
随着我国国民经济的高速发展，隧道，公路，大坝以及矿山等地下工程建设如雨后春笋，然而在建设或者使用过程中突水、坍塌以及沉陷现象时常发生，这些工程灾害事故造成了大量的经济损失和人员伤亡。注浆技术作为治理工程灾害的主要技术手段之一，其实质是指把具有凝固特性的浆液注入到岩土介质中，通过固结岩土颗粒或者填充裂缝使岩土介质的孔隙度变小，从而达到加固岩土介质的作用。然而，浆液在注入岩土介质的过程中，由于岩土介质的滤过作用、浆液与岩土介质的物理化学反应以及外界环境作用下，使得岩土介质的孔隙结构在时间和空间上的变化规律很复杂，这很容易造成浆液没有在特定注浆时间内扩散到预定的区域或则虽然覆盖了预定的区域但由于密度或者粘度变小致使岩土介质的加固强度不足等现象发生。目前，通常是根据实践经验来确定注浆参数，如浆液粘度、注浆时间和注浆压力等，若注浆压力和注浆时间设计的过小，浆液不能在规定的时间内达到设计的注浆范围(体现在时间效应上)；若过大，虽然达到了预期的加固强度，但是经济效益上不合理(体现在空间效应上)；若选取的浆液粘度不合理，由于岩土介质的滤过作用或则浆液自身的物理化学作用造成浆液无法注入或者加固强度不足(体现在时空耦合效应上)，由此可以看出，研究在不同注浆参数下岩土介质的孔隙结构时空演变规律对注浆加固效果的提高具有重大的意义。为此，一些学者展开了研究，如：一种注浆材料压滤试验装置及其试验方法(中国国家专利技术专利，申请号：201510483562.0，公开号：105092828A)，分体式砂层高压注浆模拟实验装置(中国国家专利技术专利，申请号：201310613948.X，公开号：103630654A)，但是这些方法不能从时间上和空间上体现多孔介质孔隙结构的演变规律，而且在操作过程中具有明显的盲目性，对于浅层注浆，若控制不当会致使岩土介质表面隆起；对于深层注浆，容易出现达不到加固强度的现象。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种通过测定注浆参数(注浆压力、浆液粘度、注浆时间)下、不同时间和空间条件下的试件孔隙度来研究在注浆过程中多孔介质孔隙结构的时空演变，从而实现从时间和空间上控制注浆加固的效果的表征多孔介质的孔隙结构时空演变试验装置。本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供该表征多孔介质的孔隙结构时空演变试验装置的使用方法。为了解决上述第一个技术问题，本专利技术采用的表征多孔介质的孔隙结构时空演变试验装置，包括注浆设备系统和渗透试验装置系统；所述的渗透试验装置系统包括不锈钢试验筒和8个取样器；所述的不锈钢试验筒上端通过法兰与注浆管道连接，所述的注浆管道上设有截止阀，所述的不锈钢试验筒下端安设有调节阀，所述的不锈钢试验筒的上端的所述的法兰上设有多个固定密封的取样器，所述不锈钢试验筒内布有一定粒径分布的充填介质，所述的充填介质的上端和下端设有过滤网；所述的注浆设备系统通过所述的注浆管道与所述的渗透试验装置系统连接提供浆液。所述的取样器由PVC管、设在所述的PVC管上端的封闭环套以及设在所述的封闭环套上的上部接头组成。所述的上部接头由加厚的304钢材制作，结构为外部刻有螺纹丝，内部为所述的封闭环套；所述的PVC管采用直径为5cm、长度与所述的不锈钢试验筒等长的PVC圆柱管。所述的不锈钢试验筒的侧壁设有轴承，所述的不锈钢试验筒通过所述的轴承转动安装在支撑架上。所述的充填介质是利用质量分维数原理构成的变粒径分布的多孔隙介质。所述的调节阀的出口对接有塑性杯。为了解决上述第二个技术问题，本专利技术提供的表征多孔介质的孔隙结构时空演变试验装置的使用方法，包括以下步骤：步骤1：配置不同粘度的浆液，按照质量分维数原理组配不同粒径分布的多孔隙介质即充填介质，在不锈钢试验筒下端放置特定孔径的过滤网，填充组配好的多孔隙介质，将法兰与不锈钢试验筒通过螺栓固定，从而将多孔隙介质密封，并连接试验所需的各管道；步骤2：关闭注浆设备系统的压力桶的进浆口和出浆口的阀门，利用空压机向压力桶内施加压力，并同时通过空压机带动压力桶中的搅拌器；步骤3：当注浆设备系统的压力桶中的压力达到所设定的压力时，开启压力桶的出浆口阀门和渗透试验装置系统的注浆管道上的截止阀，开启调节阀，向渗透试验装置系统的不锈钢试验筒内的多孔隙介质注浆；步骤4：到达设定的注浆时间间隔，关闭压力桶的出浆口阀门，利用取样器取样填充介质；步骤5：重复步骤4，直至8个取样器取样完毕，之后测定各试件的孔隙度。上述步骤4中，取样过程是拧开其中一个取样器的上部接头，将PVC管夯入充填介质中，然后拧紧取样器的上部接口，接着每隔特定的时间重复上面的过程，直到8个取样器取样完毕，待整个注浆过程结束后，旋转渗透试验装置系统为水平状态，取出取样的试样，将每个试样切割成7个5*5cm的圆柱小试件并测定其孔隙度，从而得到空间和时间上孔隙度的演变规律。上述步骤4中，取样过程是拧开其中一个取样器的上部接头，将PVC管夯入充填介质中，然后拧紧取样器的上部接口，接着每隔2min时间重复上面的过程。采用上述技术方案的表征多孔介质的孔隙结构时空演变试验装置及其使用方法，其有益效果是：本专利技术提供一种表征注浆过程中岩土介质的孔隙结构时空演变的试验装置和方法，通过测定不同注浆参数(注浆压力、浆液粘度、注浆时间)下、不同时间和空间条件下的试件孔隙度来研究在注浆过程中多孔介质孔隙结构的时空演变，从而实现从时间和空间上控制注浆加固的效果，具有自动化程度高，安装方便，操作更快捷等特点。综上所述，本专利技术是一种通过测定注浆参数(注浆压力、浆液粘度、注浆时间)下、不同时间和空间条件下的试件孔隙度来研究在注浆过程中多孔介质孔隙结构的时空演变，从而实现从时间和空间上控制注浆加固的效果的表征多孔介质的孔隙结构时空演变试验装置及其使用方法。附图说明图1是本专利技术结构的正视图。图2是本专利技术渗透试验装置的俯视图。图3是本专利技术取样器的构造图。图4是试件切割示意图。其中：1-不锈钢材质试验筒，2-取样器，3-轴承，4-法兰，5-螺栓，6-支撑架，7-有底座支撑的过滤网，8-调节阀，9-截止阀，10-注浆管道，11-塑性杯，12-注浆设备系统，13-充填介质，14-封闭环套，15-PVC管，16-取样器上部接头。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明如图1，图2和图3所示，表征多孔介质的孔隙结构时空演变试验装置，包括注浆设备系统12和渗透试验装置系统；渗透试验装置系统包括不锈钢试验筒1和8个取样器2；不锈钢试验筒1上端通过法兰4与注浆管道10连接，注浆管道10上设有截止阀9，不锈钢试验筒1下端安设有调节阀8，不锈钢试验筒1的上端的法兰4上设有8个固定密封的取样器2，不锈钢试验筒1内布有一定粒径分布的充填介质13，充填介质13的上端和下端设有过滤网7；注浆设备系统12通过注浆管道10与渗透试验装置系统连接提供浆液。具体地，充填介质13是利用质量分维数原理构成的变粒径分布的多孔隙介质。具体地，取样器2由PVC管15、设在所述的PVC管15上端的封闭环套14以及设在所述的封闭环套14上的上部接头16组成。上部接头16由加厚的304钢材制作，结构为外部刻有螺纹丝，内部为所述的封本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种表征多孔介质的孔隙结构时空演变试验装置，其特征在于：包括注浆设备系统(12)和渗透试验装置系统；所述的渗透试验装置系统包括不锈钢试验筒(1)和8个取样器(2)；所述的不锈钢试验筒(1)上端通过法兰(4)与注浆管道(10)连接，所述的注浆管道(10)上设有截止阀(9)，所述的不锈钢试验筒(1)下端安设有调节阀(8)，所述的不锈钢试验筒(1)的上端的所述的法兰(4)上设有多个固定密封的取样器(2)，所述不锈钢试验筒(1)内布有一定粒径分布的充填介质(13)，所述的充填介质(13)的上端和下端设有过滤网(7)；所述的注浆设备系统(12)通过所述的注浆管道(10)与所述的渗透试验装置系统连接提供浆液。
【技术特征摘要】
1.一种表征多孔介质的孔隙结构时空演变试验装置，其特征在于：包括注浆设备系统(12)和渗透试验装置系统；所述的渗透试验装置系统包括不锈钢试验筒(1)和8个取样器(2)；所述的不锈钢试验筒(1)上端通过法兰(4)与注浆管道(10)连接，所述的注浆管道(10)上设有截止阀(9)，所述的不锈钢试验筒(1)下端安设有调节阀(8)，所述的不锈钢试验筒(1)的上端的所述的法兰(4)上设有多个固定密封的取样器(2)，所述不锈钢试验筒(1)内布有一定粒径分布的充填介质(13)，所述的充填介质(13)的上端和下端设有过滤网(7)；所述的注浆设备系统(12)通过所述的注浆管道(10)与所述的渗透试验装置系统连接提供浆液。2.根据权利要求1所述的表征多孔介质的孔隙结构时空演变试验装置，其特征在于：所述的取样器(2)由PVC管(15)、设在所述的PVC管(15)上端的封闭环套(14)以及设在所述的封闭环套(14)上的上部接头(16)组成。3.根据权利要求2所述的表征多孔介质的孔隙结构时空演变试验装置，其特征在于：所述的上部接头(16)由加厚的304钢材制作，结构为外部刻有螺纹丝，内部为所述的封闭环套(14)；所述的PVC管(15)采用直径为5cm、长度与所述的不锈钢试验筒(1)等长的PVC圆柱管。4.根据权利要求1或2所述的表征多孔介质的孔隙结构时空演变试验装置，其特征在于：所述的不锈钢试验筒(1)的侧壁设有轴承(3)，所述的不锈钢试验筒(1)通过所述的轴承(3)转动安装在支撑架(6)上。5.根据权利要求1或2所述的表征多孔介质的孔隙结构时空演变试验装置，其特征在于：所述的充填介质(13)是利用质量分维数原理构成的变粒径分布的多孔隙介质。6.根据权利要求1或2所述的表征多孔介质的孔隙结构时空演...
【专利技术属性】
技术研发人员：周子龙，杜雪明，陈钊，赵云龙，陈璐，赵源，蔡鑫，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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