本实用新型专利技术公开了一种岩溶注浆模拟实验装置，包括围压模拟机构、注浆机构、采用柔性3D打印而成的岩溶空腔体和用于向岩溶空腔体内通入压力水的加压机构，所述岩溶空腔体上部设有进浆口，所述注浆机构与进浆口连通，所述围压模拟机构包括岩土体模拟室、围压加压器和岩溶外部岩土体，所述岩溶空腔体位于岩土体模拟室底部，所述岩溶外部岩土体充填在岩土体模拟室内并将岩溶空腔体的上底面和侧面包围，所述围压加压器作用在岩溶外部岩土体上方。本实用新型专利技术具有重复率高、密封性好、边界可延展、适应范围广的优点。范围广的优点。范围广的优点。
【技术实现步骤摘要】
一种岩溶注浆模拟实验装置
[0001]本技术涉及土木工程基础处理
，具体涉及一种岩溶注浆模拟实验装置。
技术介绍
[0002]岩溶是可溶岩在高水头长期作用下钙离子不断溶出而形成，普遍存在于我国西南喀什特地区，其防渗处理是保证喀什特地区土木工程安全运行的重要组成部分，处理措施主要有大开挖回填和注浆两种。注浆具有施工工作量少、工期短、质量易保证等特点，在国内外岩溶地基防渗加固工程中广泛应用。注浆效果一定程度取决于注浆控制参数，控制参数的获取离不开大量的模型试验。
[0003]国内外学者研制了一系列试验装置，一定程度上推动了注浆技术的发展，对工程实践提供了指导。例如中国水利水电科学研究院自发研制了平板型注浆试验台；湛铠瑜、隋旺华自行研制了一套动水条件下单裂隙注浆模拟试验系统；郭密文、隋旺华为了研究高压环境条件下注浆浆液的渗流扩散特征，研制了可形成5MPa以上高压环境的注浆试验系统；赵宏海、李磊等自制研发了一种裂隙注浆试验装置；靖向党研制了多功能注浆测试装置；蒋买勇研制了一种动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置。然而，国内外现有注浆模拟试验装置难以模拟岩溶的不规则和边界延展性，且岩溶注浆试验的一致性差。因此，研制一种基于3D打印的岩溶注浆模拟试验系统，以便合理地确定岩溶防渗注浆控制参数，成为本领域相关人员急需研究解决的问题。
技术实现思路
[0004]本技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种岩溶注浆模拟实验装置，它可通过3D打印定制任意形状的岩溶腔体，并通过调节材料保证边界延展性，同时保证一组对比试验中岩溶腔体的一致性，一定程度上实现了注浆的可视化。
[0005]为解决上述技术问题，本技术提出的技术方案为：一种岩溶注浆模拟实验装置，包括围压模拟机构、注浆机构、岩溶空腔体和用于向岩溶空腔体内通入压力的加压机构，所述岩溶空腔体上还设有与注浆机构连通的进浆口，所述围压模拟机构包括岩土体模拟室、围压加压器和岩溶外部岩土体，所述岩溶空腔体和岩溶外部岩土体位于岩土体模拟室内，且所述岩溶外部岩土体将所述岩溶空腔体包裹，所述围压加压器作用在岩溶外部岩土体上。
[0006]上述的岩溶注浆模拟实验装置，优选的：所述岩溶空腔体为3D打印成的岩溶空腔仿真模块。本技术的岩溶注浆模拟实验装置采用的岩溶空腔体通过优选3D打印而成，通过计算机控制可实现岩溶空腔体尺寸及性状的一致性。
[0007]更优选的，所述3D打印用的材料为柔性材料，所述柔性材料为硅胶、硅橡胶、乳胶、热塑性树脂材料、热塑性聚氨酯弹性材料或光敏树脂材料。本技术的岩溶注浆模拟实验装置的岩溶空腔体采用柔性材料3D打印而成，能够一定程度上实现在注浆压力作用下边
界延展。
[0008]作为上述技术方案的进一步改进：所述岩土体模拟室包括筒状透明的钢化玻璃体和下部法兰，岩土体模拟室可以密闭或顶端敞开，所述钢化玻璃体上设有进水口和出水口，所述岩溶空腔体上设有岩溶进水口和岩溶出水口，所述进水口与岩溶进水口连通，出水口与岩溶出水口连通，所述钢化玻璃体通过下部法兰所设卡槽固定；所述岩溶空腔体设于下部法兰上且不与钢化玻璃体相接。通过下部设置的法兰连接结构可保证从岩土体模拟室取出岩溶空腔体及其内部注浆体，从而极大地提高重复率。通过采用钢化玻璃作为腔体外部边界，可一定程度上实现岩溶注浆的可视化。
[0009]作为进一步的优选：所述加压机构包括压力气源和高压储水罐，所述压力气源通过气管与高压储水罐连通，高压储水罐通过输水管与岩土体模拟室的进水口连通。
[0010]作为进一步的优选：所述注浆机构包括灌浆泵和与灌浆泵相连的注浆管，所述注浆管通过一穿过岩溶外部岩土体的孔口管与岩溶空腔体上的进浆口连通。
[0011]作为进一步的优选：所述岩溶外部岩土体均匀填充在所述岩土体模拟室的下部，所述围压加压器作用于岩溶外部岩土体的上方，且围压加压器包括从下至上依次连接的橡胶片、金属环、加压块、传力杠和压力源，所述橡胶片直接与岩溶外部岩土体接触。进一步的优选：所述橡胶片的厚度为10-20mm(起密封和缓冲作用)，所述金属环的厚度为5-10mm，金属环的直径比橡胶片的直径小1-4mm；所述加压块为等腰梯形结构。
[0012]作为进一步的优选：所述孔口管上端和/或下端、注浆机构的注浆管上、岩溶进水口的前端、岩溶出水口的尾部分别安装有通断阀。
[0013]作为一个总的技术构思，本技术还提供一种基于3D打印的岩溶注浆可视化模拟实验方法，采用上述的岩溶注浆模拟实验装置操作，具体包括如下步骤：
[0014]1)安装试样以及试验装置：按照设计通过柔性3D打印岩溶空腔体，并将岩溶空腔体上预设的进浆口与注浆机构连通；将岩溶空腔体置于岩土体模拟室底部，并使其与岩土体模拟室的进水口和出水口连通；
[0015]2)通过输水管将加压机构与岩土体模拟室的进水口连通，通过加压机构将岩溶空腔体内充水，使其膨胀；
[0016]3)施加围压：在岩土体模拟室内加入设定数量、设定级配的岩溶外部岩土体使其包裹住岩溶空腔体的四周和顶面，再在岩溶外部岩土体上方放置围压模拟机构，通过围压模拟机构施加一定数值的压力，待岩溶外部岩土体完全固结且沉降稳定后，打开注浆机构；
[0017]4)防渗注浆模拟：按比例配制好浆液并倒入注浆机构，打开注浆机构开始向岩溶空腔体中灌浆并挤排其中多余的水，直至达到设计结束标准，关闭注浆机构；
[0018]5)灌浆性状观察：待注浆结束后待凝一段时间关闭加压机构，将与岩溶空腔体连接的注浆机构、加压机构在连接处拆开，打开岩土体模拟室底部的下部法兰，将岩溶空腔体取出并测量相关数据，再剖开岩溶空腔体内的注浆结石体，观察注浆性状，获得岩溶注浆的相关实验数据。
[0019]作为上述技术方案的进一步改进：步骤5)中注浆结束后的待凝时间为0-60min。
[0020]本技术实验方法的工作原理为：利用3D打印机生成尺寸及性状一致的柔性岩溶空腔体，并通过上部围压装置模拟围压，再通过注浆机具进行注浆试验，并通过钢化玻璃观察注浆过程，注浆完成后还可方便拆卸，观察岩溶空腔体和岩溶外部岩土体的试验情况。
[0021]与现有技术相比，本技术的优点在于：
[0022]1、本技术的岩溶注浆模拟实验装置采用的岩溶空腔体是3D打印而成，通过计算机控制可实现岩溶空腔体尺寸及性状的一致性；
[0023]2、本技术的岩溶注浆模拟实验装置的岩溶空腔体采用柔性材料打印而成，能够一定程度上实现在注浆压力作用下边界延展；
[0024]3、本技术的岩溶注浆模拟实验装置采用橡胶片以及柔性岩溶空腔体，可以真实模拟不同的围岩压力，同时极大的保证了设备密封；
[0025]4、本技术的岩溶注浆模拟实验装置采用钢化玻璃作为腔体外部边界，可一定程度上实现岩溶注浆的可视化。
[0026]总体而言，本技术的岩溶注浆模拟实验装置以及实验方法不仅结构简单、操作简便，而且实验效果直观可靠本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种岩溶注浆模拟实验装置，其特征在于：包括围压模拟机构(1)、注浆机构(2)、岩溶空腔体(3)和用于向岩溶空腔体(3)内通入压力的加压机构(4)，所述岩溶空腔体(3)上还设有与注浆机构(2)连通的进浆口，所述围压模拟机构(1)包括岩土体模拟室(11)、围压加压器(12)和岩溶外部岩土体(13)，所述岩溶空腔体(3)和岩溶外部岩土体(13)位于岩土体模拟室(11)内，且所述岩溶外部岩土体(13)将所述岩溶空腔体(3)包裹，所述围压加压器(12)作用在岩溶外部岩土体(13)上。2.根据权利要求1所述的岩溶注浆模拟实验装置，其特征在于：所述岩溶空腔体(3)为3D打印成的岩溶空腔仿真模块。3.根据权利要求1所述的岩溶注浆模拟实验装置，其特征在于：所述岩土体模拟室(11)包括钢化玻璃体(111)和下部法兰(112)；所述钢化玻璃体(111)通过下部法兰(112)所设卡槽固定；所述岩溶空腔体(3)设于下部法兰(112)上且不与钢化玻璃体(111)相接。4.根据权利要求3所述的岩溶注浆模拟实验装置，其特征在于：所述钢化玻璃体(111)上设有进水口(1112)和出水口(1111)，所述岩溶空腔体(3)上设有岩溶进水口和岩溶出水口，所述进水口(1112)与岩溶进水口连通，出水口(1111)与岩溶出水口连通。5.根据权利要求4所述的岩溶注浆模拟实验装置，其特征在于：所述加压机构(4)包括压力气源(41)和高...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋买勇，曹磊，陈理，谭文波，郭晓静，刘妍，
申请(专利权)人：湖南水利水电职业技术学院，
类型：新型
国别省市：
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