可模拟实际工况的砂层三维注浆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可模拟实际工况的砂层三维注浆试验装置及其试验方法，其可根据实际注浆需求模拟不同的地应力条件和不同孔隙水压，同时可根据试验需要制做不同配比的土试样，以模拟不同的砂层特性，注浆后，可通过体积应变量测量装置、轴向位移测量装置观察橡皮膜内土试样的体积变化量和轴向位移变化量，并对注浆前后的后照获得的图像进行比对处理，获取橡皮膜中部的变形值，进而根据获取的土试样的体积变化量、轴向位移变化量以及橡皮膜中部的变形值，探究不同工况和砂层特性下的合理注浆压力和浆液配比，及检验注浆体的力学性能。另外还可根据工程和实验需要，更换试验装置的注浆管，实现径向注浆过程的模拟和研究，并检验径向注浆的力学效果。

【技术实现步骤摘要】
可模拟实际工况的砂层三维注浆试验装置及其试验方法
本专利技术涉及岩土工程
，特别涉及一种可模拟实际工况的砂层三维注浆试验装置及其试验方法。
技术介绍
随着城市化进程的发展，地下空间的开发利用不断地加快，需要规划和修建更多的地铁隧道、市政隧道、管道共同沟等地下建筑。地下建筑尤其是隧道工程施工中，遇到富水砂层往往会发生突水突砂等现象，造成失稳危及工程建设安全和地面设施安全。为解决上述问题，目前主流的处理方法是，根据工程需要，将特定材料按照一定配比制成浆液，通过压力装置注入地层中，待浆液扩散和凝固后可起到加固地层或防渗堵漏的作用。一般而言，实际注浆施工过程中，需要根据不同的地应力条件和孔隙水压力等注浆工况采用合理的注浆压力，另外，当地应力和孔隙水压一定，富水砂层的颗粒级配和密实度变化时还需改变浆液配比以达到最优效果，但由于施工现场环境复杂，使得现场注浆试验难以开展以及难以对实际注浆效果进行评估。因而，采用注浆试验装置模拟注浆试验便成为研究注浆影响因素和注浆效果的主要手段。但又由于注浆过程的复杂性，现有的注浆试验装置存在众多的不足。如：1、实际注浆是往一定深度的地层中注入浆液，注浆孔及周围岩土体受到复杂的地应力条件和孔隙水压力等注浆工况影响，而现有注浆试验装置基本上无法模拟实际注浆工况，另外，现有注浆试验装置无法评估浆液扩散和凝固后所形成注浆体的力学性能，因此，通过现有的注浆试验装置进行模拟试验，较难准确获得不同工况和砂层特性下的合理注浆压力和浆液配比。2、实际注浆为均匀地加固周围土体，还需采用径向注浆的方式，对注浆管周围土体进行径向注浆，并考虑径向注浆的合理注浆压力、浆液配比等参数，以及检验注浆效果，而现有的注浆试验装置仅能进行轴向注浆，因而无法进行径向注浆过程的模拟和研究。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种可模拟实际工况的砂层三维注浆试验装置及其试验方法，旨在模拟不同的地应力条件、不同的孔隙水压和不同的砂层特性下的注浆过程，并探究不同工况和砂层特性下的合理注浆压力和浆液配比，以及检验注浆体的力学性能。同时，根据工程和实验需要，可更换试验装置的注浆管，实现径向注浆过程的模拟和研究，并检验径向注浆的力学效果。为实现上述目的，本专利技术提出一种可模拟实际工况的砂层三维注浆试验装置，包括：底座，所述底座的中部设有向上伸出的试样座；压力罩，所述压力罩限定有底部敞开的腔室，底座与压力罩固连并将压力罩敞开的底部封闭，以形成将试样座围于其内的围压室，压力罩顶壁与试样座相对的位置开设有垂向导孔；试样室，所述试样室包括将土试样围于其内的圆筒状橡皮膜，围于橡皮膜内并支撑土试样的下透水石以及围于橡皮膜内并由土试样顶面支撑的上透水石，橡皮膜的下端密封套于试样座，所述下透水石由试样座支撑；轴压控制装置，所述轴压控制装置的压力轴下端穿过垂向导孔后直接或者通过试样帽抵于上透水石，所述橡皮膜的上端密封套于压力轴或者试样帽，压力轴和上透水石开设有相对的第一过孔和第二过孔；注浆系统，所述注浆系统的注浆管穿过第一过孔和第二过孔后插入土试样，且注浆管和上透水石的结合处设有第一密封件，注浆管为下端敞开的轴向注浆管或者下端封闭而下部侧壁开孔的径向注浆管；围压控制装置，所述围压控制装置通过围压管与围压室连通，用于向围压室输入流体以模拟地层水平地应力；体积应变量测量装置，所述体积应变量测量装置通过一端伸入围压室并穿过压力轴的反压管与上透水石连通，以使体积应变量测量装置能监测土试样的体积变化量；孔隙水压测量装置，所述孔隙水压测量装置通过一端穿过底座和试样座的孔压管与下透水石连通；以及轴向位移测量装置，所述轴向位移测量装置装于压力轴位于压力罩外的区域，轴向位移测量装置的下端与压力罩相抵，用于测量压力轴的轴向位移。本专利技术还提出一种可模拟实际工况的砂层三维注浆试验方法，包括如下步骤：S1、将土试样按预定配比填实后装入试样室，并将试样室置于试样座上；S2、将压力罩与底座固连，并使轴压控制装置与上透水石相抵；S3、完成整个注浆试验装置的装配后，由围压控制装置通过围压管向围压室输入流体，使流体通过橡皮膜对土试样施加围压，以模拟地层水平地应力，并在围压稳定后，在预定位置对围压室内的橡皮膜进行拍照；S4、通过围压控制装置和轴压控制装置维持土试样的围压和轴压的情况下，根据试验需要，在所需的孔隙水压力、注浆压力和浆液配比下，由注浆系统通过插入土试样的注浆管往土试样中注浆，所述注浆管为下端敞开的轴向注浆管或者下端封闭而下部侧壁开孔的径向注浆管；S5、完成注浆并静置一定时间后，通过体积应变量测量装置、轴向位移测量装置观察橡皮膜内土试样的体积变化量和轴向位移变化量，同时，在预定位置对围压室内的橡皮膜进行拍照，并对注浆前后的后照获得的图像进行比对处理，以获取橡皮膜中部的变形值；S6、根据土试样的体积变化量和轴向位移变化量以及橡皮膜中部的变形值，探究不同工况和砂层特性下的合理注浆压力和浆液配比，并检验注浆体的力学性能。本专利技术技术方案由压力罩和底座围成围压室，将装有土试样的试样室于围压室的试样座上并通过轴压控制装置的压力轴抵于试样座上，以模拟实际注浆时的地层竖向地应力；通过围压控制装置向围压室输入流体（如水或者空气）并对橡皮膜内的土试样施加压力，以模拟实际注浆时的地层地层水平地应力；通过孔隙水压测量装置测量土试样的孔隙水压，以模拟实际注浆时地层的孔隙水压；从而根据实际注浆需求模拟不同的地应力条件和不同孔隙水压，同时，可根据试验需要制做不同配比的土试样，以模拟不同的砂层特性；实验过程中，在围压控制装置和轴压控制装置维持土试样的围压和轴压的情况下，根据试验需要，由注浆系统在所需注浆压力和所需注浆压力条件下，将浆液通过注浆管注入土试样内并在预定位置对围压室内的橡皮膜进行拍照，其中，注浆管可根据试验需求选择下端敞开的轴向注浆管或者下端封闭而下部侧壁开孔的径向注浆管，以模拟轴向注浆或者径向注浆；注浆结束后，通过体积应变量测量装置、轴向位移测量装置观察橡皮膜内土试样的体积变化量和轴向位移变化量，同时，在预定位置对围压室内的橡皮膜进行拍照，并对注浆前后的后照获得的图像进行比对处理，以获取橡皮膜中部的变形值，进而根据获取的土试样的体积变化量、轴向位移变化量以及橡皮膜中部的变形值，探究不同工况（包括地层竖向地应力、地层水平地应力和孔隙水压）和砂层特性下的合理注浆压力和浆液配比，以及检验注浆体的力学性能。另外，还可根据工程和实验需要，更换试验装置的注浆管，实现径向注浆过程的模拟和研究，并检验径向注浆的力学效果，对实际注浆具有重要的指导意义。附图说明图1为本专利技术注浆试验装置的剖视图；图2为上透水石的剖视图；图3为图2沿A-A方向的剖视图；图4为径向注浆管的立体示意图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明，若本专利技术实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后、顶、底、内、外、垂向、横向、纵向，逆时针、顺时针、周向、径向、轴向……），则该方向性指示仅用于解释在某一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可模拟实际工况的砂层三维注浆试验装置，其特征在于，包括：底座，所述底座的中部设有向上伸出的试样座；压力罩，所述压力罩限定有底部敞开的腔室，底座与压力罩固连并将压力罩敞开的底部封闭，以形成将试样座围于其内的围压室，压力罩顶壁与试样座相对的位置开设有垂向导孔；试样室，所述试样室包括将土试样围于其内的圆筒状橡皮膜，围于橡皮膜内并支撑土试样的下透水石以及围于橡皮膜内并由土试样顶面支撑的上透水石，橡皮膜的下端密封套于试样座，所述下透水石由试样座支撑；轴压控制装置，所述轴压控制装置的压力轴下端穿过垂向导孔后直接或者通过试样帽抵于上透水石，所述橡皮膜的上端密封套于压力轴或者试样帽，压力轴和上透水石开设有相对的第一过孔和第二过孔；注浆系统，所述注浆系统的注浆管穿过第一过孔和第二过孔后插入土试样，且注浆管和上透水石的结合处设有第一密封件，注浆管为下端敞开的轴向注浆管或者下端封闭而下部侧壁开孔的径向注浆管；围压控制装置，所述围压控制装置通过围压管与围压室连通，用于向围压室输入流体以模拟地层水平地应力；体积应变量测量装置，所述体积应变量测量装置通过一端伸入围压室并穿过压力轴的反压管与上透水石连通，以使体积应变量测量装置能监测土试样的体积变化量；孔隙水压测量装置，所述孔隙水压测量装置通过一端穿过底座和试样座的孔压管与下透水石连通；以及轴向位移测量装置，所述轴向位移测量装置装于压力轴位于压力罩外的区域，轴向位移测量装置的下端与压力罩相抵，用于测量压力轴的轴向位移。...

【技术特征摘要】
1.可模拟实际工况的砂层三维注浆试验装置，其特征在于，包括：底座，所述底座的中部设有向上伸出的试样座；压力罩，所述压力罩限定有底部敞开的腔室，底座与压力罩固连并将压力罩敞开的底部封闭，以形成将试样座围于其内的围压室，压力罩顶壁与试样座相对的位置开设有垂向导孔；试样室，所述试样室包括将土试样围于其内的圆筒状橡皮膜，围于橡皮膜内并支撑土试样的下透水石以及围于橡皮膜内并由土试样顶面支撑的上透水石，橡皮膜的下端密封套于试样座，所述下透水石由试样座支撑；轴压控制装置，所述轴压控制装置的压力轴下端穿过垂向导孔后直接或者通过试样帽抵于上透水石，所述橡皮膜的上端密封套于压力轴或者试样帽，压力轴和上透水石开设有相对的第一过孔和第二过孔；注浆系统，所述注浆系统的注浆管穿过第一过孔和第二过孔后插入土试样，且注浆管和上透水石的结合处设有第一密封件，注浆管为下端敞开的轴向注浆管或者下端封闭而下部侧壁开孔的径向注浆管；围压控制装置，所述围压控制装置通过围压管与围压室连通，用于向围压室输入流体以模拟地层水平地应力；体积应变量测量装置，所述体积应变量测量装置通过一端伸入围压室并穿过压力轴的反压管与上透水石连通，以使体积应变量测量装置能监测土试样的体积变化量；孔隙水压测量装置，所述孔隙水压测量装置通过一端穿过底座和试样座的孔压管与下透水石连通；以及轴向位移测量装置，所述轴向位移测量装置装于压力轴位于压力罩外的区域，轴向位移测量装置的下端与压力罩相抵，用于测量压力轴的轴向位移。2.如权利要求1所述的可模拟实际工况的砂层三维注浆试验装置，其特征在于：压力罩包括上下两端敞开的透明围板以及置于围板顶部并将围板的上端封闭的顶盖，所述垂向导孔设于顶盖，围板置于底座上并由底座将围板敞开的下端封闭，所述顶盖、围板和底座通过螺栓结构或者卡扣结构可拆卸固连在一起。3.如权利要求2所述的可模拟实际工况的砂层三维注浆试验装置，其特征在于：所述顶盖的下表面和底座的上表面分别开设有与围板的上端和下端相配合的卡槽，以供围板的上端和下端插入。4.如权利要求3所述的可模拟实际工况的砂层三维注浆试验装置，其特征在于：所述底座对应围板外围的位置有向上延伸的刚性柱，所述刚性柱的上端设有外螺纹，刚性柱穿过顶盖后与螺栓旋接，将顶盖、围板和底座可拆卸固连；所述底座的外侧壁开设有延伸至贯穿试样座上表面的孔压通道，所述孔压管的一端与位于围压室外的孔隙水压测量装置通连，另一端沿孔压通道延伸至与下透水石紧密相低并连通，孔压管安装有第一阀门。5.如权利要求1所述的可模拟实际工况的砂层三维注浆试验装置，其特征在于：底座的外侧壁开设有延伸至贯穿底座上表面的围压通道，所述围压管的一端与围压控制装置通...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建军，梁禹，黄林冲，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44