本发明专利技术公开了一种模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，包括双液注浆系统、模型箱系统、支架系统和数据采集及处理系统。本发明专利技术还提供一种模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置的试验方法。该装置具有以下技术效果：1、能够为局部管片注浆模拟，且配套的模型箱尺寸小，试验所需的透明土、水泥浆液和水玻璃浆液也较少，可节约试验成本，并缩短试验周期；2、本发明专利技术模型箱的横纵向边长不大，不会因为透视深度过长而影响透明装置的可视化优势的发挥；3、该装置设置有旋转支架，可模拟实际工程的管片环上任何位置注浆孔的注浆情况；4、配套的试验图像测量技术精度高，可测量指定区域范围内土体运动信息，进行较长时间持续测量。间持续测量。间持续测量。
【技术实现步骤摘要】
模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置及其试验方法
[0001]本专利技术涉及一种模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置。
技术介绍
[0002][0003]当前，城市的隧道建设广泛采用地质条件适应性强、施工速度快的盾构法施工，该法能极大的缓解施工期间带来的城市交通拥堵问题。
[0004]在盾构的施工过程中,地表沉降是需要重点检测的数据，该数据受到众多因素的影响。
[0005]其中，盾构注浆的施工效果对地表沉降的影响显著。因为在盾构机推进的过程中，盾尾外壳会随之脱离已经拼装完成的管片，盾尾外壳原本所处的位置也会相应形成薄壁环状的间隙，管片也会随之处于一种脱离盾体的悬空状态。即时地同步注浆以及随后的二次注浆的效果对管片周边土体的形变起着决定性作用，进而影响地表沉降。
[0006]因此深入研究盾构注浆的填充与渗流机理对实际工程具有重要的指导意义和参考价值。
[0007]通过对当前技术的文献检索发现，对于盾构注浆的研究，主要有理论研究、数值模拟与室内试验。其中室内试验的装置有:
[0008]重庆大学的专利技术专利(申请公布号CN108490152A)提供一种新型模拟隧道开挖的透明土模型试验装置及其试验方法。该试验装置包括布置在试验平台上的模型箱，以及模拟隧道结构和成像装置。所述模型箱为透明矩形箱体。所述模型箱在相对的两侧壁面上预制孔洞。模拟隧道结构的两端分别嵌入模型箱两侧壁面上的孔洞内。所述模型箱内填筑透明土。试验时，两台激光发射器在透明土内部形成两个散斑切面。该装置在移动有机玻璃管的过程中，通过读取有机玻璃管表面的刻度值，从而得到每次移动产生的地层损失。该装置通过缩尺缩小模型箱尺寸，减少试验成本并保证了可视化的效果。但盾构壁后注浆浆液扩散具有复杂性和不确定性，影响因素很多，如浆液的颗粒组成、砂样的孔隙率、水的渗流扩散以及浆液和土体的耦合作用等。且涉及到的众多物理量很难通过简单的相似准则满足要求，通过相似变化后浆液的材料、土体材料很难在现实生活中找到相应的物质。且粘滞力、重力、惯性力等物理量也很难同时满足相似。因此要完全采用相似模型非常困难。
[0009]西南交通大学的技术专利(申请公布号CN209821195U)通过盾构机在模拟了实际工程中土层的级配和分层情况的透明土中进行可视化试验，试验包含了实际工程的多种施工工序(考虑掘进、同步注浆、管片拼装以及二次注浆等工序)，能够对浆液的渗流形态、管片对浆液挤压作用进行相应监测，并通过地层间位移的监测对注浆效果进行评估，力求尽可能逼真地还原实际工况。但其试验成本过高、试验设备复杂、试验周期长且模型箱的尺寸过大，直接影响透明土带来的可视化效果，该试验在实际操作和数据采集时的可实施性有待考察。
[0010]郑州大学的专利技术专利(申请公布号CN108872297A)提供了一种盾尾注浆浆液凝结及管片上浮过程模型试验装置。取管片底部及其影响范围的土体制成模型箱，模拟盾构机掘进过程中同步注浆不当，导致管片上浮的问题。该装置适用于研究盾构底部管片下方的注浆情况。对于不同位置注浆孔的注浆在重力作用下的扩散和渗透情况无法考虑，试验装置研究范围有一定局限性。
[0011]综上所述，目前盾构注浆的相关技术与试验装置存在的技术问题有：试验成本高、可视化效果不理想、研究范围有限等问题，还存在无法更加接近实际工程状况地进行工程试验的问题。
技术实现思路
[0012]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，该试验装置的试验成本低且装置加工简易，能够依托旋转臂支架模拟不同位置注浆孔注浆，进而研究重力对浆液扩散的影响，更基于全透明架构采用三维图像重构技术实现注浆过程的全方位立体实时观测，可为实际盾构工程的不同位置的注浆施工提供有效的指导和建议。本专利技术所要解决的技术问题还包括提供一种模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置的试验方法。
[0013]为此，本专利技术提供的模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，其特征是：包括双液注浆系统、模型箱系统、支架系统和数据采集及处理系统；
[0014]双液注浆系统：包括水泥储浆桶和水玻璃储浆桶，水泥储浆桶和水玻璃储浆桶通过管道与双液注浆机连接，双液注浆机与模型箱连接；
[0015]模型箱系统：包括矩形的有机玻璃模型箱，模型箱具有朝上的开口，模型箱底部填充有透明土，透明土上方留有注浆空隙，模型箱的侧壁上带有与所述注浆空隙导通的注浆孔，所述双液注浆机通过管道与所述注浆孔连接，注浆空隙上方可拆卸的固定设置有管片，管片采用透明有机玻璃制成，管片上设有二次注浆预留孔，所述模型箱上设置有限压排水孔，限压排水孔连接水压泵，所述管片与模型箱内壁的配合处进行液密封处理；
[0016]支架系统：包括旋转臂及其固定支座，所述旋转臂与模型箱可转动的连接，所述旋转臂与所述固定支座摆动连接；
[0017]数据采集及处理系统：包括多台CMOS数码相机、多台激光器、若干数据线和处理并储存数据的计算机，所述多台CMOS数码相机与所述计算机连接。
[0018]优选的，所述注浆孔与双液注浆机之间连接的软管上设置有缓冲器、流速调节阀和浆液测压计；所述模型箱侧壁上对应于管片开设有连接通孔，固定螺栓穿过连接通孔与管片螺纹连接实现锁定，所述管片与模型箱内侧壁的接缝处采用玻璃胶密封条密封处理，所述玻璃胶密封条配置有若干真空吸盘。
[0019]优选的，所述透明土与所需模拟环境的天然土体比重相近、稳定性良好、化学性质稳定、不与间隙流体发生化学反应，且物理化学性质不随时间变化而变化、耐高压、各向异性、具有良好的透明度。
[0020]优选的，所述透明土采用无定形硅石凝胶及粉末和/或透明玻璃砂和/或熔融石英砂制成。
[0021]优选的，所述模型箱中配置级配和含水率相同的所述透明土，并将碳纳米管颗粒
加入其所述透明土作为示踪粒子。
[0022]优选的，所述透明土中注入的流体与透明土具有相同或相近的折射率，用以使透明土呈现出透明或者近似透明的性质。
[0023]优选的，所述透明土的孔隙水为溴化钙溶液或者用烷烃类溶剂与矿物油配制的混合液。
[0024]优选的，所述模型箱侧壁对应于所述注浆空隙所在位置开设有插口，透明板从插口插入注浆空隙中，透明板阻挡所述透明土，所述模型箱上插口的相对侧设置有注浆孔，所述透明板外端带有拉手且内设有注浆管道。
[0025]优选的，所述管片呈圆弧状，所述透明板呈与管片匹配的圆弧状，所述管片尺寸为实际盾构机配套管片的等比例缩小。
[0026]本专利技术提供的一种模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置的试验方法，包括以下步骤：
[0027]步骤一：
[0028]首先收集实际工程的地质勘测数据和管片尺寸数据，根据地质勘测数据和管片尺寸分别定制模型箱和透明土原料，按实际土样进行配制，并加入纳米管颗粒作为示踪粒子；然后对配制好的土样和实际工程中的土样进行直剪试验和三轴试验来测定其物理性质，比较并确定模本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，其特征是：包括双液注浆系统、模型箱系统、支架系统和数据采集及处理系统；双液注浆系统：包括水泥储浆桶和水玻璃储浆桶，水泥储浆桶和水玻璃储浆桶通过管道与双液注浆机连接，双液注浆机与模型箱连接；模型箱系统：包括矩形的有机玻璃模型箱，模型箱具有朝上的开口，模型箱底部填充有透明土，透明土上方留有注浆空隙，模型箱的侧壁上带有与所述注浆空隙导通的注浆孔，所述双液注浆机通过管道与所述注浆孔连接，注浆空隙上方可拆卸的固定设置有管片，管片采用透明有机玻璃制成，管片上设有二次注浆预留孔，所述模型箱上设置有限压排水孔，限压排水孔连接水压泵，所述管片与模型箱内壁的配合处进行液密封处理；支架系统：包括旋转臂及其固定支座，所述旋转臂与模型箱可转动的连接，所述旋转臂与所述固定支座摆动连接；数据采集及处理系统：包括多台CMOS数码相机、多台激光器、若干数据线和处理并储存数据的计算机，所述多台CMOS数码相机与所述计算机连接。2.根据权利要求1所述的模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，其特征是：所述注浆孔与双液注浆机之间连接的软管上设置有缓冲器、流速调节阀和浆液测压计；所述模型箱侧壁上对应于管片开设有连接通孔，固定螺栓穿过连接通孔与管片螺纹连接实现锁定，所述管片与模型箱内侧壁的接缝处采用玻璃胶密封条密封处理，所述玻璃胶密封条配置有若干真空吸盘。3.根据权利要求2所述的模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，其特征是：所述透明土与所需模拟环境的天然土体比重相近、稳定性良好、化学性质稳定、不与间隙流体发生化学反应，且物理化学性质不随时间变化而变化、耐高压、具有良好的透明度。4.根据权利要求3所述的模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，其特征是：所述透明土采用无定形硅石凝胶及粉末和/或透明玻璃砂和/或熔融石英砂制成。5.根据权利要求1或2或3或4所述的模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，其特征是：所述模型箱中配置级配和含水率相同的所述透明土，并将碳纳米管颗粒加入其所述透明土作为示踪粒子。6.根据权利要求1或2或3或4所述的模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，其特征是：所述透明土中注入的流体与透明土具有相同或相近的折射率，用以使透明土呈现出透明或者近似透明的性质。7.根据权利要求6所述的模拟管片不同位置注浆孔注浆的可视化试验装置，其特征是：所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐山琳，曹宏涛，孙宏磊，沈梦芬，伍婷玉，潘晓东，朱彦臻，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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