可视化多孔注浆的试验装置及其实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种可视化多孔注浆的试验装置及其实验方法。该装置包括：试验箱系统，通过钢框架支撑起长方形的试验箱，在试验箱中装入土体，在试验箱两侧安装有机玻璃，在有机玻璃的中下部设置多个注浆孔，将反力架通过钢板与钢框架连接；注浆系统，通过储浆罐盛装浆液，利用空气压缩机提供注浆压力，将储浆罐中的浆液通过注浆管路注入到试验箱中的土体中；量测系统通过万向磁性杠杆表座将多台感应式测微计吸附于反力架下侧，感应式测微计与土体接触，土体内部埋设与计算机连接的土压力盒。外部设置土体表面非接触式应变量测装置。本发明专利技术可以准确模拟在不同地层条件下单孔、多孔注浆过程引起土体的内部位移和土压力以及地表位移，并进行实时监测。

Experimental equipment and method of visual porous grouting

【技术实现步骤摘要】
可视化多孔注浆的试验装置及其实验方法
本专利技术涉及地下工程注浆
，尤其涉及一种可视化多孔注浆的试验装置及其实验方法。
技术介绍
21世纪是地下空间的世纪，随着近几年来我国大力开发与利用城市地下空间，在开发与利用的过程中难免会遇到复杂的地质环境，如断层破碎带、软硬岩土层交界面等，同时会遇到错综复杂的周边环境，如穿越既有建构筑物、既有管线、桩基、既有隧道等。在地下工程施工中，由于开挖会扰动地层，会引起地层变形，同时施工中抽取地下水同样会导致地表不均匀变形，如何加固地层控制土体变形、同时增加土体的抗渗性能，成为现在亟待解决的问题。注浆技术作为加固软弱破碎土体以及提高土体的抗渗能力的有效手段，越来越受到研究者的关注，但现阶段注浆理论远远落后于注浆技术，往往通过经验进行注浆设计，由于注浆过程以及注浆效果受多重不确定性因素影响，导致注浆效果还不可控，无法通过注浆过程中的各项参数变化来反映浆液在土体中的真实变化。模型试验是研究注浆扩散加固机理、地层变形以及地表隆的重要方法，可以很好地模拟实际注浆工程，厘清各种因素之间的关系，注浆过程各因素的变化规律，进行理论总结，进而推动注浆理论的发展。目前，现有技术在注浆可视化试验方面研究还比较匮乏，而且还没有可视化多孔同步注浆与分序注浆试验装置研究，对于浆脉扩散过程注浆参数变化以及注浆引起土体内部的变形和地表隆起还没有一套数字化解决方案，导致试验研究较片面，结果的精度无法保证。同时试验装置模块化差，尺寸较大，试验周期长，拆卸安装困难，装置扩展性差，不利于今后升级改造。<br>
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种可视化多孔注浆的试验装置及其实验方法，以克服现有技术的问题。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。根据本专利技术的一个方面，提供了一种可视化多孔注浆的试验装置，包括：试验箱系统、注浆系统、防水系统和量测系统；所述的试验箱系统，用于通过钢管组成钢框架，通过钢框架支撑起长方形的试验箱，在试验箱中分层装入实验所需的土体，在试验箱前后两侧各安装一块有机玻璃，在有机玻璃的中下部设置多个注浆孔，将反力架通过钢板与钢框架连接；所述的注浆系统，用于通过储浆罐盛装浆液，利用空气压缩机提供注浆压力，将储浆罐中的浆液通过注浆管路注入到试验箱中的土体中；所述的防水系统，用于通过防水材料实现有机玻璃与钢框架接缝位置的密封防水，通过夹具固定有机玻璃；所述的量测系统，用于通过万向磁性杠杆表座将多台感应式测微计吸附于反力架下侧，感应式测微计与土体接触，并通过连线与计算机连接，在计算机中实时展示测微计的位移，并可实时记录地表位移时程曲线。优选地，所述的试验箱系统包括：钢框架、2块有机玻璃和反力架；钢框架中的底部两侧各有一个钢管作为底座，并且底部的钢管预留排水孔，钢框架的底部、两侧和顶部各设置有多个螺栓孔；钢框架前后两侧各安装一块有机玻璃，有机玻璃两侧和底部设置有多个与钢框架对应的螺栓孔，有机玻璃的下部设置的多个注浆孔的间距相等；反力架的材质与钢框架相同，通过两侧两块钢板与钢框架连接起来。优选地，所述的注浆系统包括：空气压缩机、储浆罐、调压阀、注浆管路和开关阀门。空气压缩机提供高压压缩气体，供压范围：0～0.7Mpa；储浆罐为耐高压有机玻璃材质，储浆罐上盖为圆形有机玻璃，上部有n个螺栓孔，其中n/2个螺栓孔通过短螺栓与上部罐体连接，另外n/2个螺栓孔通过长螺栓与罐体底部连接，储浆罐通过上部安装有快插接头的进压口连接来自空气压缩机的输气管，下部安装快插接头的出浆口，在压力的作用下浆液通过出浆口被压出；调压阀连接于空气压缩机与储浆罐之间，对来自空气压缩机输出的压力进行调控，其可调节压力范围0～1Mpa；注浆管路为连接于储浆罐与试验箱之间。开关阀门，通过铜球阀实现，放置于储浆罐与试验箱体之间，用于控制浆液注入与停止。优选地，所述的防水系统包括：G型夹具、防水铝箔胶带、凡士林和U形EPE珍珠棉板材；多个G型夹具均匀分布于有机玻璃板上部，夹紧两块有机玻璃；防水铝箔胶带贴于实验箱体内部的有机玻璃与钢框架接缝位置；凡士林涂抹于两块有机玻璃内侧和钢框架内侧；U型EPE珍珠棉板材贴于有机玻璃与钢框架接触位置。优选地，有机玻璃盖的底面设置有凸形橡胶条，对应于储浆罐一周设置有凹槽，通过拧紧储浆罐一周的多个螺栓实现对储浆罐密封。优选地，所述的量测系统包括：地表位移量测系统：采用n台感应式测微计，通过万向磁性杠杆表座吸附于反力架下侧，感应式测微计的指针底部安装垫片，该垫片与土体具有一定的接触面积，测微计通过连线与计算机连接，在计算机中的测微计系统软件里实时展示n台测微计的位移，并可实时记录地表位移时程曲线。优选地，所述的量测系统还包括：土体表面非接触式应变量测系统，用于借助摄像机拍摄注浆过程画面，提前在有机玻璃表面布置与试验土体有色差的标志物，通过数字照相量测软件追踪标志物在注浆过程中的位移，以此来得到土体的位移场；土体内部土压力量测系统，用于使用土压力盒进行测量，配合JC-4A软件测试系统进行数据采集，得到土压力时程曲线。优选地，所述的量测系统还包括：摄像机：用于在试验箱正面拍摄浆脉扩展，拍摄电子秤和压力表的读数，记录注浆压力盒注浆量随时间变化；数显式压力表：用于测量注浆压力值，量程范围0-1MPa；电子秤：用于称量储浆罐及其所盛浆液的质量变化；量尺：用于试验结束后开挖浆脉，测量浆脉的形态尺寸特征；照相机：用于记录试验结束后浆脉形态特征。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种可视化多孔注浆的试验装置的实验方法，应用于权利要求1至8任一项所述的可视化多孔注浆的试验装置，所述方法包括：(1)组装装置：在钢框架的前后两侧各安装一块白色U形EPE珍珠棉板材，同时将n个螺栓杆插入螺栓孔，在两块有机玻璃内侧均匀涂抹凡士林，在摄像机拍摄一侧的那一块有机玻璃上，与土体接触侧撒上与试验土体颜色有反差的标注物，安装有机玻璃，在有机玻璃与钢框架接触的L形粘贴防水铝箔胶带，在箱体内侧预埋按试验设计要求数量的注浆管；(2)准备材料：配制试验所需的土样，以及浆液，将浆液倒入储浆罐内，同时将储浆罐盖子安装上，紧固螺栓；在实验性中分层装入土体，每层振捣密实，同时每层土体进行凿毛处理；(3)连接注浆管路：使用耐高压软管连接空气压缩机和储浆罐、连接储浆罐和试验箱：(4)布设测量仪器：在装入土体的过程中，提前按试验设计埋入土压力盒，将土压力盒接入JC-4A静态应变仪上，再接入计算机实时采集应变值；土体装好以后，将反力架安装，再利用万向磁力表座将测微计吸附于反力架底部，同时保证测微计最下端垫片与土体表面接触，使测微计有一个初始读数，将n个测微计接入集线器上，再将集线器与计算机相连，通过计算机的测微计系统软件实时采集位移变化值；土体内部位移采用架立在有机玻璃前方的摄像机对准存在标志物的区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可视化多孔注浆的试验装置，其特征在于，包括：试验箱系统、注浆系统、防水系统和量测系统；/n所述的试验箱系统，用于通过钢管组成钢框架，通过钢框架支撑起长方形的试验箱，在试验箱中分层装入实验所需的土体，在试验箱前后两侧各安装一块有机玻璃，在有机玻璃的中下部设置多个注浆孔，将反力架通过钢板与钢框架连接；/n所述的注浆系统，用于通过储浆罐盛装浆液，利用空气压缩机提供注浆压力，将储浆罐中的浆液通过注浆管路注入到试验箱中的土体中；/n所述的防水系统，用于通过防水材料实现有机玻璃与钢框架接缝位置的密封防水，通过夹具固定有机玻璃；/n所述的量测系统，用于通过万向磁性杠杆表座将多台感应式测微计吸附于反力架下侧，感应式测微计与土体接触，并通过连线与计算机连接，在计算机中实时展示测微计的位移，并可实时记录地表位移时程曲线。/n

【技术特征摘要】
1.一种可视化多孔注浆的试验装置，其特征在于，包括：试验箱系统、注浆系统、防水系统和量测系统；
所述的试验箱系统，用于通过钢管组成钢框架，通过钢框架支撑起长方形的试验箱，在试验箱中分层装入实验所需的土体，在试验箱前后两侧各安装一块有机玻璃，在有机玻璃的中下部设置多个注浆孔，将反力架通过钢板与钢框架连接；
所述的注浆系统，用于通过储浆罐盛装浆液，利用空气压缩机提供注浆压力，将储浆罐中的浆液通过注浆管路注入到试验箱中的土体中；
所述的防水系统，用于通过防水材料实现有机玻璃与钢框架接缝位置的密封防水，通过夹具固定有机玻璃；
所述的量测系统，用于通过万向磁性杠杆表座将多台感应式测微计吸附于反力架下侧，感应式测微计与土体接触，并通过连线与计算机连接，在计算机中实时展示测微计的位移，并可实时记录地表位移时程曲线。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的试验箱系统包括：钢框架、2块有机玻璃和反力架；
钢框架中的底部两侧各有一个钢管作为底座，并且底部的钢管预留排水孔，钢框架的底部、两侧和顶部各设置有多个螺栓孔；
钢框架前后两侧各安装一块有机玻璃，有机玻璃两侧和底部设置有多个与钢框架对应的螺栓孔，有机玻璃的下部设置的多个注浆孔的间距相等；
反力架的材质与钢框架相同，通过两侧两块钢板与钢框架连接起来。


3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的注浆系统包括：空气压缩机、储浆罐、调压阀、注浆管路和开关阀门。
空气压缩机提供高压压缩气体，供压范围：0～0.7Mpa；
储浆罐为耐高压有机玻璃材质，储浆罐上盖为圆形有机玻璃，上部有n个螺栓孔，其中n/2个螺栓孔通过短螺栓与上部罐体连接，另外n/2个螺栓孔通过长螺栓与罐体底部连接，储浆罐通过上部安装有快插接头的进压口连接来自空气压缩机的输气管，下部安装快插接头的出浆口，在压力的作用下浆液通过出浆口被压出；
调压阀连接于空气压缩机与储浆罐之间，对来自空气压缩机输出的压力进行调控，其可调节压力范围0～1Mpa；
注浆管路为连接于储浆罐与试验箱之间。
开关阀门，通过铜球阀实现，放置于储浆罐与试验箱体之间，用于控制浆液注入与停止。


4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的防水系统包括：G型夹具、防水铝箔胶带、凡士林和U形EPE珍珠棉板材；
多个G型夹具均匀分布于有机玻璃板上部，夹紧两块有机玻璃；
防水铝箔胶带贴于实验箱体内部的有机玻璃与钢框架接缝位置；
凡士林涂抹于两块有机玻璃内侧和钢框架内侧；
U型EPE珍珠棉板材贴于有机玻璃与钢框架接触位置。


5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，有机玻璃盖的底面设置有凸形橡胶条，对应于储浆罐一周设置有凹槽，通过拧紧储浆罐一周的多个螺栓实现对储浆罐密封。


6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述的量测系统包括：
地表位移量测系统：采用n台感应式测微计，通过万向磁性杠杆表座吸附于反力架下侧，感应式测微计的指针底部安装垫片，该垫片与土体具有一定的接触面积，测微计通过连线与计算机连接，在计算机中的测微计系统软件里实时展示n台测微计的位移，并可实时记录地表位移时程曲线。

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣鑫，陈铁林，郭豪，张玉，程少振，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11