表征注浆过程中扩散压力微观机理的实验装置和实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种表征注浆过程中扩散压力微观机理的实验装置和实验方法，包括内部分段填装有不同粒径的充填介质的实验管，所述实验管一端通过注浆管道与注浆设备系统连通，另一端通过导流管连接渗滤液收集杯；不同粒径充填介质所在的实验管上分别设有测试点，所述测试点设有可打开的取样管，用于对实验管内部的充填介质取样测定孔隙度；所述测试点还连通设有三通管，所述三通管一端连通实验管内腔，一端设置压力传感器，一端通过集流阀连通至分段渗滤液收集杯。本发明专利技术是一种通过控制注浆参数(注浆压力、浆液粘度、注浆时间)，测定渗滤液的特性、充填介质的孔隙度和各测点的扩散压力来研究浆液在多孔隙介质扩散过程中压力变化微观机理的实验装置和实验方法。

Experimental device and experimental method for characterizing microcosmic mechanism of diffusion pressure in grouting process

The invention discloses an experimental device and an experimental method to characterize the micro mechanism of diffusion pressure in the process of grouting, including an experimental tube in which the filling medium with different particle sizes is filled in an internal section, one end of the experimental tube is connected to the grouting equipment system by a grouting pipe, and the other end is connected by the leachate through a diversion pipe to collect the cup; A test point is provided on the experimental tube in which the particle size filling medium is located. The test point is provided with an open sampling tube to measure the porosity of the filling medium inside the experimental tube. The test point is also connected with a three pipe, one end of the three pipe is connected to the inner cavity of the experimental tube, and one end sets the pressure sensor and one end is connected. The over flow valve is connected to a segmented leachate to collect the cup. This invention is an experimental installation and experimental method for measuring the micro mechanism of pressure variation in the diffusion process of the porous medium by controlling the grouting parameters (grouting pressure, slurry viscosity, grouting time), determining the characteristics of the leachate, the porosity of the filling medium and the diffusion pressure of each measuring point.

【技术实现步骤摘要】
表征注浆过程中扩散压力微观机理的实验装置和实验方法
本专利技术涉及一种表征注浆过程中扩散压力微观机理的实验装置和实验方法。
技术介绍
近年来，我国的高速公路迅猛发展，截止到2013年12月，我国高速公路总里程已突破10万公里。然而在高速公路高速发展的同时，高速公路上的工程灾害也在不断涌现，如路基变形，路基沉陷以及坍塌等不良现象。传统的公路路面找平处治方式没有从源头上根除工程灾害；路基开挖治理方式，虽然可以从根本上解决路基灾害问题，但是成本消耗过高。由此看来注浆技术是处理高速公路工程灾害的最具有优势的治理方法。浆液在多孔介质扩散过程中，由于注浆工程的隐蔽性，很难通过其他注浆参数来衡量注浆效果的好坏，目前最常用的是通过注浆源头的注浆压力和注浆量的大小来度量浆液充填的效果。这主要是由于随着浆液不断被充填到多孔介质中，会造成多孔介质的孔隙度减小，从而使得多孔介质的孔隙无法容纳后续源源不断的浆液，而外界注浆泵具有恒定的功率(提供恒定注浆流量)，此时注浆泵处的压力会逐渐升高。但是注浆压力增加到什么程度才对应最佳的注浆效果难以确定。在工程实践中，一般根据经验来确定注浆结束时的注浆压力，一般取值为0.5MPa-1MPa。这使得注浆结束压力和注浆量没有具体的评判标准，使得注浆效果的评定具有很大的不确定性。若注浆结束压力设定值较小，会使得浆液扩散不到所需加固的区域或者加固强度不够；若注浆结束压力设定值过大，会使得土体应变过大，从而使得土体新产生的裂隙与原有的裂隙连通，造成浆液沿着原有的裂隙向不需要加固的地方流动，这在一定程度会造成不必要的浪费以及环境污染。因此，研究在不同注浆参数下浆液在多孔介质中扩散压力变化的微观机理对注浆理论的发展具有重大的意义，也会给注浆工程设计提供技术支撑。然而，由于多孔介质的滤过效应和水泥浆液流体特性的影响，使得浆液扩散压力的变化规律变得更复杂。为此，大量学者对此开展了研究，如申请号为200610021638.9的中国专利文件公开的一种注浆扩散测试装置，申请号为201410805907.5的中国专利文件公开的一种岩土体中注浆浆液扩散范围测控方法，但是这些方法均不能从渗滤液流体特性和孔隙介质的结构特征方面体现浆液扩散压力演变的微观机理。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：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，渗滤液粘度、试样的孔隙度以及不同点的扩散压力来研究在注浆过程中浆液扩散压力变化的微观机理，从而实现从微观角度来表征浆液扩散压力变化微观机理的实验装置和实验方法。本专利技术采用如下技术方案实现：表征注浆过程中扩散压力微观机理的实验装置，包括内部分段填装有不同粒径的充填介质9的实验管3，所述实验管3一端通过注浆管道13与注浆设备系统11连通，另一端通过导流管15连接渗滤液收集杯6；不同粒径充填介质所在的实验管3上分别设有测试点300，所述测试点300设有可打开的取样管16，用于对实验管内部的充填介质取样测定孔隙度；所述测试点300还连通设有三通管17，所述三通管17一端连通实验管3内腔，一端设置压力传感器4，一端通过集流阀5连通至分段渗滤液收集杯6’。进一步的，所述实验管3由若干段同轴的不锈钢筒拼接，每段不锈钢筒内填装同粒径分布的充填介质9，相邻不锈钢筒之间通过法兰1和封闭套环8密封固定，两端的不锈钢筒通过具有连接管口的法兰盘1’密封，并通过连接管口分别连接至注浆管道13和导流管15。进一步的，所述测试点300分别设置在每段不锈钢筒的中间位置。进一步的，所述实验管3和导流管15之间设置过滤网7。进一步的，所述注浆管道13上设有截止阀10。进一步的，所述取样管16通过螺纹连接实验管，且取样管16的管口设有螺塞14。在本专利技术的实验装置中，所述实验管3内部设置有连续的凹凸结构302。本专利技术还公开了采用上述表征注浆过程中扩散压力微观机理的实验装置进行实验的方法，包括如下步骤：步骤一：配置不同粘度的浆液，组配不同粒径分布的多孔隙介质作为充填介质9，然后将充填介质9分段装填到实验管3内，并将实验管3两端分别连接注浆设备系统11和渗滤液收集杯6；步骤二：当注浆设备系统11的压力桶中的压力达到设定压力时，开启注浆管道13上的截止阀10；步骤三：浆液在充填介质9中发生流动，隔一段时间T利用压力传感器(4)测得各测试点的扩散压力，同时在集流阀5处利用分段渗滤液收集杯6’收集各测试点的渗滤液并利用粘度计测试浆液粘度，接着打开取样管16对充填介质进行取样，测定对应测试点的充填介质孔隙度；步骤四：重新更换充填介质并重复步骤一至步骤三，其中步骤三的测试时间应当逐步超过T，直至在设定的若干时段内，各测试点的扩散压力、浆液粘度以及充填介质孔隙度收集完毕；步骤五：通过分析渗滤液的粘度和各个测试点的充填介质孔隙的变化特征，分析各测试点扩散压力演变的微观机理。进一步的，所述充填介质9按照质量分维数原理组配成不同粒径分布的多孔隙介质。本专利技术的质量分维数原理具体按照如下公式进行组配充填介质：其中，是组成孔隙介质颗粒粒径小于的质量，MT是组成孔隙介质颗粒的总质量，是第i种颗粒的平均粒径，是组成多孔介质中最大颗粒的平均粒径，Dm是多孔介质的质量分形维数。进一步的，步骤一中实验管3的分段装填充填介质的步骤如下：将位于实验管3末端的不锈钢筒末端通过法兰盘1’封闭，然后放置滤孔直径不超过充填介质的过滤网7，填充该段不锈钢筒对应的充填介质；接着通过法兰1和封闭套环8连接相邻的不锈钢筒，然后在连接的该段不锈钢筒填充对应的充填介质，直至所有不锈钢筒全部组装并填装充填介质完毕，接着将最后连接的不锈钢筒端部通过法兰盘1’封闭并固定，从而完成多孔隙的充填介质分段密封装填，最后连接实验管两端以及各个不锈钢筒测试点的管道。本专利技术采用上述技术方案的表征注浆过程中扩散压力微观机理的实验装置和方法，其有益效果是：通过测定多种注浆参数(恒压、恒流、浆液粘度和注浆时间)下、不同时空条件内的渗滤液的特性、充填介质的孔隙度和各测点的扩散压力，实现研究浆液在扩散过程中压力变化的微观机理，填补了这类实验技术的空白，从而为注浆工程设计提供技术支撑。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，渗滤液的特性和充填介质的孔隙度和各测点的扩散压力来研究浆液在扩散过程中压力变化微观机理的实验装置和实验方法。以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。附图说明图1为实施例中的表征注浆过程中扩散压力微观机理的实验装置结构示意图。图2为实施例中的测试点结构示意图。图3为实施例中的实验管内部结构示意图。图4a、4b、4c、4d为实施例在进行注浆实验过程中浆液粘度，多孔介质的孔隙度以及浆液的扩散压力随注浆距离的变化规律。图中标号：1-法兰，1’-法兰盘，2-螺栓，3-实验管，300-测试点，302-凹凸结构，4-压力传感器，5-集流阀，6-渗滤液收集杯，6’-分段渗滤液收集杯，7-过滤网，8-封闭套环，9-充填介质，10-截止阀，11-注浆设备系统，12-渗滤液，13-注浆管道，14-螺塞，15-导流管，16-取样管，17-三通管。具体实施方式实施例参见图1，图示中的实验装置为本专利技术用于表征注浆过程中扩散压力微观机理实验的优选方案，具体包括实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.表征注浆过程中扩散压力微观机理的实验装置，其特征在于：包括内部分段填装有不同粒径的充填介质(9)的实验管(3)，所述实验管(3)一端通过注浆管道(13)与注浆设备系统(11)连通，另一端通过导流管(15)连接渗滤液收集杯(6)；不同粒径充填介质所在的实验管(3)上分别设有测试点(300)，所述测试点(300)设有可打开的取样管(16)，用于对实验管内部的充填介质取样测定孔隙度；所述测试点(300)还连通设有三通管(17)，所述三通管(17)一端连通实验管(3)内腔，一端设置压力传感器(4)，一端通过集流阀(5)连通至分段渗滤液收集杯(6’)。

【技术特征摘要】
1.表征注浆过程中扩散压力微观机理的实验装置，其特征在于：包括内部分段填装有不同粒径的充填介质(9)的实验管(3)，所述实验管(3)一端通过注浆管道(13)与注浆设备系统(11)连通，另一端通过导流管(15)连接渗滤液收集杯(6)；不同粒径充填介质所在的实验管(3)上分别设有测试点(300)，所述测试点(300)设有可打开的取样管(16)，用于对实验管内部的充填介质取样测定孔隙度；所述测试点(300)还连通设有三通管(17)，所述三通管(17)一端连通实验管(3)内腔，一端设置压力传感器(4)，一端通过集流阀(5)连通至分段渗滤液收集杯(6’)。2.根据权利要求1所述的表征注浆过程中扩散压力微观机理的实验装置，所述实验管(3)由若干段同轴的不锈钢筒拼接，每段不锈钢筒内填装同粒径分布的充填介质(9)，相邻不锈钢筒之间通过法兰(1)和封闭套环(8)密封固定，两端的不锈钢筒通过具有连接管口的法兰盘(1’)密封，并通过连接管口分别连接至注浆管道(13)和导流管(15)。3.根据权利要求2所述的表征注浆过程中扩散压力微观机理的实验装置，所述测试点(300)分别设置在每段不锈钢筒的中间位置。4.根据权利要求1所述的表征注浆过程中扩散压力微观机理的实验装置，所述实验管(3)和导流管(15)之间设置过滤网(7)。5.根据权利要求1所述的表征注浆过程中扩散压力微观机理的实验装置，所述注浆管道(13)上设有截止阀(10)。6.根据权利要求1所述的表征注浆过程中扩散压力微观机理的实验装置，所述取样管(16)通过螺纹连接实验管，且取样管(16)的管口设有螺塞(14)。7.根据权利要求1-6中任一项所述的表征注浆过程中扩散压力微观机理的实验装置，所述实验管(3)内部设置有连续的凹凸结构(302)。8.表征注浆过程中扩散压力微观机理的实验方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：周子龙，杜雪明，陈钊，臧海智，吴小流，蔡鑫，周旺，潘钦生，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43