一种非饱和土三轴压力注浆室内模拟试验系统技术方案

本发明专利技术涉及一种非饱和土三轴压力注浆室内模拟试验系统，其特征在于，包括三轴室、围压施加系统、轴力施加系统、吸力施加系统、压力注浆系统和监测采集系统；土样置于三轴室内，土样外侧为围压室，围压施加系统连通围压室；土样底部为样室活塞，轴力施加系统推动样室活塞沿土样轴向移动；所述的吸力施加系统和压力注浆系统穿过三轴室连通土样；所述的监测采集系统连接土样、围压施加系统、轴力施加系统、吸力施加系统和压力注浆系统。与现有技术相比，本发明专利技术系统可用于探索土体性质(类型、密度、饱和度)、受力状态、浆液性质和注浆参数等对浆体扩散特征的影响规律，揭示多因素控制条件下浆液扩散模式及其转换机制，弥补目前非饱和土注浆理论研究的不足。理论研究的不足。理论研究的不足。

【技术实现步骤摘要】
一种非饱和土三轴压力注浆室内模拟试验系统


[0001]本专利技术涉及土工试验
，具体涉及一种非饱和土三轴压力注浆室内模拟试验系统。

技术介绍

[0002]压力注浆技术目前广泛应用于软弱地基加固、边坡稳定、基坑支护等多个领域的地层改良或加固中，常常借助于液压或气压将能凝固的浆液通过一定的管路注入土层或岩层中，从而达到改善岩(土)体性能，如降低岩、土层的渗透性；提高岩、土层的强度与承载能力；减少岩、土层变形等。在压力注浆技术的应用中，往往由于缺乏理论依据，不能解析浆液扩散过程，尤其涉及到非饱和土地层时，较少考虑吸力对土体力学特性的影响，而在非饱和土中，吸力对其力学性质有很大的影响。当前亟需一种能够完成对不同土体性质(类型、密度、饱和度)在不同受力状态(围压、轴压)下控制浆液性质与注浆参数的压力注浆室内模拟试验的系统，以弥补目前非饱和土注浆理论研究的不足。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种非饱和土三轴压力注浆室内模拟试验系统。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种非饱和土三轴压力注浆室内模拟试验系统，包括三轴室、围压施加系统、轴力施加系统、吸力施加系统、压力注浆系统和监测采集系统；
[0005]土样置于三轴室内，土样外侧为围压室，围压施加系统连通围压室；
[0006]土样底部为样室活塞，轴力施加系统推动样室活塞沿土样轴向移动；
[0007]所述的吸力施加系统和压力注浆系统穿过三轴室连通土样；
[0008]所述的监测采集系统连接土样、围压施加系统、轴力施加系统、吸力施加系统和压力注浆系统。
[0009]优选地，所述的三轴室包括顶盖、外壳、底座、底板、盖板、样室活塞和橡皮膜；
[0010]所述的外壳沿上下向延伸，上下两端呈开口设置并连接顶盖和底座，土样放置在外壳中心，土样外部由橡皮膜包裹，上下设有内嵌透水石的盖板和带有陶土板的底板，样室活塞设置在底座中心位置，能通过沿土样轴线方向移动施加轴压。
[0011]进一步优选地，所述的三轴室还包括排水/气孔、孔隙气压孔、孔隙水压孔、阀门、注浆孔和围压孔；
[0012]所述的顶盖布设有排水/气孔和注浆孔，排水/气孔上布设有阀门，底座在围压室底部布设有围压孔，盖板和底板上分别设有孔隙气压孔和孔隙水压孔；
[0013]所述的围压施加系统通过围压孔连通围压室，吸力施加系统穿过孔隙气压孔和孔隙水压孔连通土样，压力注浆系统穿过注浆孔连通土样。
[0014]进一步优选地，所述的监测采集系统包括土样位移传感器和湿度传感器；
[0015]所述的土样位移传感器包括径向土样位移传感器和轴向土样位移传感器，土样位
移传感器通过安装块固定在土样上，湿度传感器通过在橡皮膜上预留孔安置在土样侧壁，并用橡皮圈密封橡皮膜预留孔。
[0016]进一步优选地，所述的三轴室还包括螺栓和密封圈；
[0017]所述的外壳两端通过螺栓分别连接顶盖和底座，密封圈安装在底座与样室活塞之间。
[0018]优选地，所述的围压施加系统包括围压控制器、围压阀和围压注水管，监测采集系统包括围压传感器；
[0019]所述的围压控制器通过若干根围压注水管连通围压室，围压阀布设于围压控制器的出水端的围压注水管上，围压传感器设置于围压控制器上。
[0020]优选地，所述的轴力施加系统包括液压千斤顶、微型电动泵和轴力控制器，监测采集系统包括轴力传感器和位移传感器；
[0021]所述的液压千斤顶通过微型电动泵控制，能推动样室活塞沿土样轴向移动，轴力控制器用于施加特定轴向荷载，轴力传感器设置于轴力控制器上，位移传感器安装在样室活塞下方，用于测量液压千斤顶柱塞的轴向位移。
[0022]优选地，所述的吸力施加系统包括空压机、孔隙气压控制器、调压阀、孔隙气阀门、高压软管、孔隙水压控制器、孔隙水阀门和孔隙水注水管，监测采集系统包括孔隙气压力传感器和孔隙水压力传感器；
[0023]所述的空压机、孔隙气压控制器、孔隙气阀门通过若干根高压软管依次连接，空压机提供稳定气压源，通过孔隙气压控制器控制进入土样的孔隙气压，调压阀布设于高压软管上，用于准确调节进入土样的孔隙气压值，孔隙水压控制器通过若干根孔隙水注水管穿过三轴室连通土样，孔隙水阀门布设于孔隙水压控制器出水端的孔隙水注水管上，孔隙气压力传感器设置于高压软管上，孔隙水压力传感器设置在孔隙水压控制器上。
[0024]优选地，所述的压力注浆系统由注浆压力室和加压设备组成；
[0025]所述的注浆压力室包括压力室上盖、注浆漏斗、漏斗阀门、进气口、注浆管阀门、压力腔室和注浆管；
[0026]所述的压力腔室通过注浆管连通土样，注浆管上设有注浆管阀门，压力室上盖与压力腔室固定连接，注浆漏斗设置在压力室上盖上，且底部设有漏斗阀门，加压设备通过进气口连通压力腔室。
[0027]进一步优选地，所述的加压设备包括注浆空压机、空气压力传感器、调压阀、控制阀和高压软管，监测采集系统包括水泥浆压力传感器和水泥浆流量计；
[0028]所述的注浆空压机通过高压软管连接至注浆压力室的进气口，高压软管上布设控制阀，空气压力传感器、调压阀均布设于高压软管上，水泥浆压力传感器和水泥浆流量计安装在注浆管上。
[0029]优选地，所述的监测采集系统包括监测系统和采集系统；
[0030]所述的监测系统包括设于土样、围压施加系统、轴力施加系统、吸力施加系统和压力注浆系统上的传感器和流量计；
[0031]所述的采集系统包括数据采集仪、分析计算机和数据线，数据采集仪通过若干根数据线连接传感器和流量计，分析计算机通过数据线和数据采集仪连接。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0033]1.本专利技术提供的非饱和土三轴压力注浆室内模拟试验系统，能够完成对不同土体性质(类型、密度、饱和度)在不同受力状态(围压、轴压)下控制浆液性质与注浆参数的压力注浆室内模拟试验，且各个系统独立控制，可满足不同工况下的注浆模拟；
[0034]2.本专利技术在注浆过程中能够实现对注浆压力、注浆流量等注浆参数的实时监测采集，同时能够精确测量注浆过程中土样变形、湿度变化等重要指标参数，分析可注入量、湿度与浆液性质、饱和度、应力、注浆压力的关系，探索土体性质(类型、密度、饱和度)、受力状态、浆液性质和注浆参数等对浆体扩散特征的影响规律，揭示多因素控制条件下浆液扩散模式及其转换机制，弥补目前非饱和土注浆理论研究的不足。
附图说明
[0035]图1为本专利技术试验系统整体结构图；
[0036]图2为本专利技术湿度传感器安装示意图；
[0037]图中：1
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三轴室；11
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顶盖；12
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外壳；13
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底座；14
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底板；15
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盖板；16
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样室活塞；17
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非饱和土三轴压力注浆室内模拟试验系统，其特征在于，包括三轴室、围压施加系统、轴力施加系统、吸力施加系统、压力注浆系统和监测采集系统；土样(116)置于三轴室内，土样(116)外侧为围压室(119)，围压施加系统(2)连通围压室(119)；土样(116)底部为样室活塞(16)，轴力施加系统推动样室活塞(16)沿土样(116)轴向移动；所述的吸力施加系统和压力注浆系统穿过三轴室连通土样(116)；所述的监测采集系统连接土样(116)、围压施加系统、轴力施加系统、吸力施加系统和压力注浆系统。2.根据权利要求1所述的非饱和土三轴压力注浆室内模拟试验系统，其特征在于，所述的三轴室包括顶盖(11)、外壳(12)、底座(13)、底板(14)、盖板(15)、样室活塞(16)和橡皮膜(17)；所述的外壳(12)沿上下向延伸，上下两端呈开口设置并连接顶盖(11)和底座(13)，土样(116)放置在外壳(12)中心，土样(116)外部由橡皮膜(17)包裹，上下设有内嵌透水石(117)的盖板(15)和带有陶土板(118)的底板(14)，样室活塞(16)设置在底座(13)中心位置，能通过沿土样(116)轴线方向移动施加轴压。3.根据权利要求2所述的非饱和土三轴压力注浆室内模拟试验系统，其特征在于，所述的三轴室还包括排水/气孔(18)、孔隙气压孔(19)、孔隙水压孔(110)、阀门(111)、注浆孔(112)和围压孔(113)；所述的顶盖(11)布设有排水/气孔(18)和注浆孔(112)，排水/气孔(18)上布设有阀门(111)，底座(13)在围压室(119)底部布设有围压孔(113)，盖板(15)和底板(14)上分别设有孔隙气压孔(19)和孔隙水压孔(110)；所述的围压施加系统(2)通过围压孔(113)连通围压室(119)，吸力施加系统(4)穿过孔隙气压孔(19)和孔隙水压孔(110)连通土样(116)，压力注浆系统(5)穿过注浆孔(112)连通土样(116)。4.根据权利要求2所述的非饱和土三轴压力注浆室内模拟试验系统，其特征在于，所述的监测采集系统包括土样位移传感器(611)和湿度传感器(612)；所述的土样位移传感器(611)包括径向土样位移传感器和轴向土样位移传感器，土样位移传感器通过安装块固定在土样(116)上，湿度传感器(612)通过在橡皮膜(17)上预留孔安置在土样(116)侧壁，并用橡皮圈密封橡皮膜预留孔。5.根据权利要求1所述的非饱和土三轴压力注浆室内模拟试验系统，其特征在于，所述的围压施加系统包括围压控制器(21)、围压阀(22)和围压注水管(23)，监测采集系统包括围压传感器(613)；所述的围压控制器(21)通过若干根围压注水管(23)连通围压室(119)，围压阀(22)布设于围压控制器(21)的出水端的围压注水管(23)上，围压传感器(613)设置于围压控制器(21)上。6.根据权利要求1所述的非饱和土三轴压力注浆室内模拟试验系统，其特征在于，所述的轴力施加系统包括液压千斤顶(31)、微型电动泵(32)和轴力控制器(33)，监测采集系统包括轴力传感器(616)和位移传感器(617)；
所述的液压千斤顶(31)通过微型电动泵...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琼，曾超能，徐一禾，苏薇，叶为民，许龙，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：