本实用新型专利技术公开了一种可以独立控制三向应力状态的注浆试验装置，传统的室内注浆试验装置一种是在一个围压不变的土样内注浆，测试静力条件下注浆对土质特性的影响；另外一种是在一个轴向可以加载的圆柱形试样内注浆，可以测试在不同上覆土压力下注浆特性的不同，但是这种情况下水平各方向的应力状态是相同的，此时土样的应力状态显然和实际状态下的土是不同的。本实用新型专利技术采用X轴、Y轴和Z轴三向独立加载，采用流体进行柔性加载，在模型箱体的底部开孔加入注浆管，用于模拟不同应力路径下注浆对周围土样产生的影响，同时土样可以采用人工制备的透明土材料，结合PIV技术对土的位移场进行监测。本实用新型专利技术小巧方便易用，特别适合实验室内使用。
A grouting test device which can control three-dimensional stress state independently
【技术实现步骤摘要】
一种可以独立控制三向应力状态的注浆试验装置
本技术涉及一种地基与基础工程领域的试验装置，特别涉及一种可以独立控制三向应力状态的注浆试验装置。
技术介绍
随着我国社会经济的迅猛发展，现代化城市建设进度不断加快，大型综合多功能建筑群不断涌现，基础设施建设也在日趋完善。目前城市地下隧道越来越多地投入运营，加之城市用地紧张，基坑周边的环境条件变得越来越复杂，并且基坑对周边环境所产生影响的变形控制标准也日益严格。在基坑开挖过程中，邻侧土体的卸荷作用导致基坑周围土的应力状态分成了不同的区域，包括壁后主动区土体、坑底角处被动区土体以及过渡区土体。不同区域的土体有着不同的应力历史和应力状态。但是对于不同应力状态下土体的注浆特性却鲜有试验装置可以进行室内试验模拟。注浆技术在实际工程中广泛的应用使得这一课题有着很强的工程实际意义，目前国内外已经有一部分学者开始研究不同侧压力系数、不同上覆土压力以及不同超固结比对注浆特性的影响，但是由于试验设备的局限性导致不能进行更深一步的研究工作。
技术实现思路
本技术主要涉及一种可独立控制土体三向应力状态的注浆试验装置，采用三向柔性加载，实现三向应力的独立控制。通过压力伺服系统来再现基坑周围土体中不同区域的应力状态，然后通过定体积或定压力注浆来模拟不同应力路径下土体的注浆特性、研究注浆对土体周围位移场、应力场以及超孔隙水压力场的影响。为了解决上述技术问题，本技术提出的一种可以独立控制三向应力状态的注浆试验装置，包括模型箱体、注浆管、土体试样、两台相机和一台计算机；所述模型箱体是一个六面体，所述模型箱体的顶面板为箱体盖，所述模型箱体的前面板和后面板均为边长为L的正四边形，所述模型箱体的顶面板、底面板、左面板和右面板均为长边为L、短边为L/2的矩形；所述前面板的材料为透明的有机玻璃；所述模型箱体的后面板、顶面板、左面板和右面板的内侧均设有加压囊，所述后面板、顶面板、左面板和右面板上、且位于每个面板对角线的相交点处的加压孔；后面板内侧的加压囊通过该面板上的加压孔连接至用于控制充入该加压囊内流体的压力的第一压力伺服控制系统；左面板内侧的加压囊和右面板内侧的加压囊均通过所在面板上的加压孔连接至用于控制充入这两个加压囊内流体的压力的第二压力伺服控制系统，顶面板内侧的加压囊通过该面板上的加压孔连接有用于控制充入该加压囊内流体的压力的第三压力伺服控制系统；在所述底面板上紧贴着前面板的内侧设有一个用于通过注浆管的通孔；所述注浆管的前端设有四个出浆孔，自位于出浆孔的后侧3mm处依次设有间隔为3mm的三道凹槽，所述注浆管的一端自所述通孔伸入至所述前面板对角线的相交点处，所述注浆管的另一端连接至用于控制注浆压力或体积的压力伺服系统，所述注浆管上设有开关；还设有与所述注浆管的末端配合的薄壁气囊；所述模型箱体的底面板上设有排水孔，所述底面板上自下而上的设有一层滤纸和透水石及土体试样，将所述土体试样填满至模型箱体，所述土体试样采用人工制备的透明土材料；所述前面板上画有网格线，并涂覆有一层彩色沙粒；所述模型箱体内设有孔隙水压计，所述孔隙水压计连接至所述计算机。进一步讲，本技术所述的可以独立控制三向应力状态的注浆试验装置，其中，除了前面板之外的其余面板采用铝板或是合金材料。所述出浆孔的直径为2mm。除了顶面板之外的其余面板为一体结构，所述顶面板通过多个螺栓与该一体结构连接，螺栓的直径为10mm。设置在模型箱体的后面板、顶面板、左面板和右面板内侧的加压囊的材料采用弹性模量为1450kPa±30kPa的橡胶材料。所述顶面板、底面板、后面板、左面板和右面板的内侧涂抹有一层凡士林。所述薄壁气囊套在所述注浆管的末端，并用橡皮筋在三道凹槽处将薄壁气囊扎紧。与现有技术相比，本技术的有益效果是：(1)本技术可实现三向应力独立加载：通过在加压囊内充入流体的多少来控制施加应力的大小，由于流体的形状不定性，不同方向的加压不受太大的干扰。(2)本技术可实现注浆引起位移的可视化：采用人工制备的透明土可以更直观的观察浆液在土样中的扩散方式。附图说明图1是本技术注浆试验装置的整体结构的主视图；图2是图1所示注浆试验装置的俯视图；图3是本技术中的注浆管端口的构造示意图。图中：1-第一压力伺服控制系统，2-第二压力伺服控制系统，3-第三压力伺服控制系统，4-用于控制注浆压力或体积的压力伺服系统，5-计算机，61、62、63、64-加压囊，7-土体试样，8-孔隙水压计，9-薄壁气囊，10-滤纸和透水石，11-相机，12-出水孔，13-开关，14-顶面板，15-后面板，16-底面板，17-前面板，18-左面板，19-右面板，21、22、23、24-加压孔。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本技术进行解释说明，并不用以限制本技术。如图1和图2所示，本技术提出的一种可以独立控制三向应力状态的注浆试验装置，包括模型箱体、注浆管30、土体试样7、两台相机11和一台计算机5；所述模型箱体是一个六面体，所述模型箱体的顶面板14为箱体盖，所述模型箱体的前面板17和后面板15均为边长为L的正四边形，除了顶面板14之外的其余面板为一体结构，所述顶面板14通过多个螺栓与该一体结构连接，螺栓的直径为10mm，所述模型箱体的顶面板14、底面板16、左面板18和右面板19均为长边为L、短边为L/2的矩形；所述前面板17的材料为透明的有机玻璃，除了前面板17之外的其余面板采用铝板或是合金材料。所述模型箱体的后面板15、顶面板14、左面板18和右面板19的内侧均设有加压囊，加压囊的材料采用弹性模量为1450kPa±30kPa的橡胶材料。所述后面板15、顶面板14、左面板18和右面板19上、且位于每个面板对角线的相交点处的加压孔，即所述后面板15上的加压孔21，顶面板14上的加压孔24，左面板18上的加压孔22，右面板19上的加压孔23。后面板15内侧的加压囊61通过该面板上的加压孔21连接至用于控制充入该加压囊内流体的压力的第一压力伺服控制系统1；左面板18内侧的加压囊62和右面板19内侧的加压囊63均通过所在面板上的加压孔22和23连接至用于控制充入这两个加压囊内流体的压力的第二压力伺服控制系统2，顶面板14内侧的加压囊64通过该面板上的加压孔24连接有用于控制充入该加压囊内流体的压力的第三压力伺服控制系统3。在所述底面板16上紧贴着前面板17的内侧设有一个用于通过注浆管30的通孔。如图3所示，所述注浆管30的前端设有四个出浆孔31，所述出浆孔31的直径为2mm，自位于出浆孔31的后侧3mm处依次设有间隔为3mm的三道凹槽32，如图1所示，所述注浆管30的一端自所述通孔伸入至所述前面板17对角线的相交点处，所述注浆管30的另一端连接至用于控制注浆压力或体积的压力伺服系统4，所述注浆管30上设有开关13；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可以独立控制三向应力状态的注浆试验装置，包括模型箱体、注浆管(30)、土体试样(7)、两台相机(11)和一台计算机(5)；所述模型箱体是一个六面体，所述模型箱体的顶面板(14)为箱体盖，所述模型箱体的前面板(17)和后面板(15)均为边长为L的正四边形，所述模型箱体的顶面板(14)、底面板(16)、左面板(18)和右面板(19)均为长边为L、短边为L/2的矩形；所述前面板(17)的材料为透明的有机玻璃；其特征在于：/n所述模型箱体的后面板(15)、顶面板(14)、左面板(18)和右面板(19)的内侧均设有加压囊，所述后面板(15)、顶面板(14)、左面板(18)和右面板(19)上、且位于每个面板对角线的相交点处的加压孔；/n后面板(15)内侧的加压囊(61)通过该面板上的加压孔(21)连接至用于控制充入该加压囊内流体的压力的第一压力伺服控制系统(1)；左面板内侧的加压囊(62)和右面板内侧的加压囊(63)均通过所在面板上的加压孔连接至用于控制充入这两个加压囊内流体的压力的第二压力伺服控制系统(2)，顶面板内侧的加压囊(64)通过该面板上的加压孔(24)连接有用于控制充入该加压囊内流体的压力的第三压力伺服控制系统(3)；/n在所述底面板(16)上紧贴着前面板(17)的内侧设有一个用于通过注浆管(30)的通孔；所述注浆管(30)的前端设有四个出浆孔(31)，自位于出浆孔(31)的后侧3mm处依次设有间隔为3mm的三道凹槽(32)，所述注浆管(30)的一端自所述通孔伸入至所述前面板(17)对角线的相交点处，所述注浆管(30)的另一端连接至用于控制注浆压力或体积的压力伺服系统(4)，所述注浆管(30)上设有开关(13)；还设有与所述注浆管(30)的末端配合的薄壁气囊(9)；/n所述模型箱体的底面板(16)上设有排水孔(12)，所述底面板(16)上自下而上的设有一层滤纸和透水石(10)及土体试样(7)，将所述土体试样(7)填满至模型箱体，所述土体试样(7)采用人工制备的透明土材料；所述前面板(17)上画有网格线，并涂覆有一层彩色沙粒；所述模型箱体内设有孔隙水压计(8)，所述孔隙水压计(8)连接至所述计算机(5)。/n...
【技术特征摘要】
1.一种可以独立控制三向应力状态的注浆试验装置，包括模型箱体、注浆管(30)、土体试样(7)、两台相机(11)和一台计算机(5)；所述模型箱体是一个六面体，所述模型箱体的顶面板(14)为箱体盖，所述模型箱体的前面板(17)和后面板(15)均为边长为L的正四边形，所述模型箱体的顶面板(14)、底面板(16)、左面板(18)和右面板(19)均为长边为L、短边为L/2的矩形；所述前面板(17)的材料为透明的有机玻璃；其特征在于：
所述模型箱体的后面板(15)、顶面板(14)、左面板(18)和右面板(19)的内侧均设有加压囊，所述后面板(15)、顶面板(14)、左面板(18)和右面板(19)上、且位于每个面板对角线的相交点处的加压孔；
后面板(15)内侧的加压囊(61)通过该面板上的加压孔(21)连接至用于控制充入该加压囊内流体的压力的第一压力伺服控制系统(1)；左面板内侧的加压囊(62)和右面板内侧的加压囊(63)均通过所在面板上的加压孔连接至用于控制充入这两个加压囊内流体的压力的第二压力伺服控制系统(2)，顶面板内侧的加压囊(64)通过该面板上的加压孔(24)连接有用于控制充入该加压囊内流体的压力的第三压力伺服控制系统(3)；
在所述底面板(16)上紧贴着前面板(17)的内侧设有一个用于通过注浆管(30)的通孔；所述注浆管(30)的前端设有四个出浆孔(31)，自位于出浆孔(31)的后侧3mm处依次设有间隔为3mm的三道凹槽(32)，所述注浆管(30)的一端自所述通孔伸入至所述前面板(17)对角线的相交点处，所述注浆管(30)的另一端连接至用于控制注浆压力或体积的压力伺服系统(4)，所述注浆管(30)上设有开关(13)；还设有与所述注浆管(30)的末端配合的薄壁气...
【专利技术属性】
技术研发人员：刁钰，褚振西，郑刚，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津;12
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