本发明专利技术提供了一种严寒地区公路路基注浆性能检测试验装置及试验方法，该装置包括模型箱以及设置在所述模型箱上方的注浆模块，两者安装在同一钢质支架上。所述模型箱的侧壁夹层空间内设有冷浴管，并在所述冷浴管外填充有防冻液，所述冷浴管螺旋缠绕式设置在所述侧壁夹层空间内，所述模型箱的侧壁和箱底的外部均套设有保温棉。本发明专利技术适用于严寒地区公路路基注浆性能测试，深入研究低地温条件下注浆液扩散特征、建立严寒地区公路注浆处治效果评价体系、形成公路施工速度快、成本低、处治效果好的最优注浆技术方案，对科学认识寒区路基注浆规律、指导公路病害防治工作、以及提升我国公路路基结构建造理论和养护技术水平，具有重要的理论意义和工程价值。理论意义和工程价值。理论意义和工程价值。
【技术实现步骤摘要】
一种严寒地区公路路基注浆性能检测试验装置及试验方法
[0001]本专利技术属于仪器设备研制领域，尤其涉及一种严寒地区公路路基注浆性能检测试验装置及试验方法。
技术介绍
[0002]公路建设与养护，是推动交通发展的关键基础。在长期冻融循环、干湿交替和交通荷载耦合作用下，严寒地区不少公路线路在运营5—10年后普遍发生冻胀融沉、翻浆冒泥病害，由此造成路基结构裂损、路面平顺性变差，给公路运营安全性和舒适性带来严重挑战，且极大增加了线路的养护成本。因此，开展严寒地区公路路基冻胀融沉、翻浆冒泥病害处治防控技术研究已刻不容缓。
[0003]作为公路路基冻胀融沉、翻浆冒泥病害的主要处治方式，注浆技术及配套施工工艺目前已在国内外获得普遍应用。传统注浆具有操作方便、经济高效、施工处理过程不易受行车状况和天气影响等优点。然而，在我国北方和青藏高原等严寒地区，冬季地表温度低、多年冻土和季节性冻土分布广泛，造成公路基础对外界环境和气候变化十分敏感。工程实践表明，严寒地区公路路基在采用注浆进行病害处治时，其修复效果在注浆初期能够发挥较好作用，但中长期效果则不甚理想。根本原因在于，对严寒地区公路路基注浆性能及演变规律认识不清，从而导致制定注浆设计及施工时带有很大的盲目性，如注浆控制参数选择主要依赖于实践经验等。随着我国北方及青藏高原交通基础设施建设的大规模发展，复杂的地质条件、气候及施工环境对公路注浆技术提出了更高要求，迫切需要开展针对严寒地区公路路基注浆性能及处治效果追踪评价相关的基础科学及应用研究。
[0004]现阶段，系统、深入地研究严寒地区低地温条件或冻土公路路基内注浆设计理论与检测评估方法尚未见诸于报道。中国技术专利CN212336116U公开了一种注浆实验设备，其包括地基环境装置、注浆装置和数据采集系统，用于记录注浆液在模拟地基内的扩散规律与浆脉分布特征。但不足之处是，该设备的注浆口位置固定，无法灵活调节注浆深度；其次浆液容纳箱由木板、角钢和钢管多种组件拼接而成，不易开展重复试验，且方形的模型箱造成土体边界约束作用十分显著；最后传感器的种类与布设形式也较为简单，如土体变形只测量了顶座位移，无法准确表征近注浆区域的变形特征。此外，中国专利技术专利CN112697652A和CN111006951A分别公开了室内注浆的实验装置及测试方法，它们在注浆流量、注浆压力等参数上无法做到实时精确调控；同时模型箱采用的是圆柱形有机玻璃桶，虽然能够避免土体内产生应力集中现象，但这些装置均未考虑土体内温度场影响，即不能实现模拟复杂温度及地下水环境对注浆性能的耦合作用，因而无法针对严寒地区公路路基注浆理论与设计方法提供科学有效的检测平台。
[0005]基于此，迫切需要研发试验设备开展严寒地区低地温或冻土公路路基内注浆性能（如流动性、渗透性、凝固时间、强度）、注浆压力下路基结构
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填料
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浆液相互作用的力学机制、以及注浆全过程对周围土体变形及邻近路基结构承载力和沉降影响等研究。相关成果为推动我国北方及青藏高原等严寒地区公路路基冻胀融沉、翻浆冒泥病害的注浆设计方法
进步，加快形成注浆修复效果评价体系，制定施工工期短、成本低、修复效果好的最优防治方案提供理论支撑与决策依据。
技术实现思路
[0006]为弥补严寒地区公路路基注浆理论及技术研究的不足，本专利技术旨在提供一种适用于严寒地区公路路基注浆性能检测试验装置及试验方法，该试验装置具有温度可控度高、适用范围广、试验数据时间相关性强等多项优点。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种严寒地区公路路基注浆性能检测试验装置，该装置包括模型箱以及设置在所述模型箱上方的注浆模块，所述注浆模块通过注浆管与所述模型箱的内腔连通；所述模型箱上设有水位计，所述水位计与所述模型箱的内腔连通，所述模型箱内腔的底部为补水室，所述补水室的上方为土体试样室，所述注浆管的端部伸入所述土体试样室内，所述土体试样室与补水室之间通过设置多孔板分隔；所述模型箱的侧壁夹层空间内设有冷浴管，并在所述冷浴管外填充有防冻液，所述冷浴管螺旋缠绕式设置在所述侧壁夹层空间内，所述冷浴管的上端设有进液管，所述冷浴管的下端设有出液管，所述进液管和出液管均与冷浴仪连通，所述模型箱的侧壁和箱底的外部均套设有保温棉；所述土体试样室内设有多个传感器组，所述土体试样室的顶部设有表面位移传感器，所述传感器组和表面位移传感器均与处理器电连接，所述表面位移传感器的下端设有内窥镜。
[0008]由此，本专利技术在模型箱的侧壁夹层空间内设置冷浴管，为土体试样室降温，以于模拟严寒地区冻土环境，冷浴管的上端为进液管，冷浴管的下端为出液管，以防止冷浴液在重力作用下回流，为了防止箱体结冰并保证箱体内部温度不受外部温度条件影响，在冷浴管外填充防冻液，所述防冻液为冰点极低的变压器油，并在箱体外部裹上一圈保温棉。通过注浆模块向土体试样室内的冻土进行注浆，再通过内窥镜、传感器组和表面位移传感器将采集的数据和图像发送给处理器，处理器对采集的应力状态、位移数据和图像进行分析。
[0009]本专利技术的试验装置可以模拟严寒地区路基分层注浆过程，对各种水温条件和不同注浆压力下，浆脉体及周围土体的应力应变和表面位移进行监测，分析不同注浆阶段，不同固化时间路基土体内部应力场、表面位移分布特征、对路基结构—填料—浆体体系内部相互作用力学机理加以验证，由此反馈到工程实践，实现对注浆修复效果的精细化控制和最优方案评价比选。
[0010]进一步，所述注浆管上设有控制其轴向运动的驱动单元，所述内窥镜和驱动单元均与综合控制台电连接，所述伸缩注浆管设置为双层空心螺杆结构，通过端部的控制头连接综合控制台实现注浆口的旋进式升降。
[0011]进一步，还包括支架，所述支架包括支架底板和位于所述支架底板上方的支架隔板，所述支架底板和支架隔板之间通过支架立柱支撑，所述模型箱设置在支架底板上，所述注浆模块设置在支架隔板上，所述注浆管穿过所述支架隔板向模型箱内延伸。
[0012]再进一步，所述处理器包括数据采集器和图像分析处理器，所述传感器组和表面位移传感器均与所述数据采集器电连接，所述数据采集器与图像分析处理器电连接。
[0013]再进一步，所述补水室的一侧设有进水管，所述补水室的另一侧设有排水管，所述进水管与水箱相连，所述水箱设置在升降台上。
[0014]更进一步，所述模型箱的侧壁顶端设有防冻液进口阀和出气阀。
[0015]更进一步，所述传感器组包括多组布置在同一深度平面上的土压力盒、温度计、湿度计、孔压传感器。
[0016]基于同一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种采用如上所述的严寒地区公路路基注浆性能检测试验装置进行试验的方法，该方法包括如下步骤：步骤一、保持所述注浆模块的出浆管路在注浆工作前保持关闭状态；步骤二、向土体试样室内装入试验土样并分层压实，每装填一层试验土样，须在预设位置埋入传感器组，并将最上层的试验土样整平，完成试验土样的装填工作；步骤三、通过进水管向补水室内注水并观察水位计，当补水室内水本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种严寒地区公路路基注浆性能检测试验装置，其特征在于，包括模型箱（5）以及设置在所述模型箱（5）上方的注浆模块（51），所述注浆模块（51）通过注浆管（57）与所述模型箱（5）的内腔连通；所述模型箱（5）上设有水位计（10），所述水位计（10）与所述模型箱（5）的内腔连通，所述模型箱（5）内腔的底部为补水室（20），所述补水室（20）的上方为土体试样室（54），所述注浆管（57）的端部伸入所述土体试样室（54）内，所述土体试样室（54）与补水室（20）之间通过设置多孔板（12）分隔；所述模型箱（5）的侧壁夹层空间内设有冷浴管（24），并在所述冷浴管（24）外填充有防冻液（7），所述冷浴管（24）设置在所述侧壁夹层空间内，所述冷浴管（24）的上端设有进液管（23），所述冷浴管（24）的下端设有出液管（22），所述进液管（23）和出液管（22）均与冷浴仪（25）连通；所述土体试样室（54）内设有多个传感器组（56），所述土体试样室（54）的顶部设有表面位移传感器（29），所述传感器组（56）和表面位移传感器（29）均与处理器（55）电连接，所述表面位移传感器（29）的下端设有内窥镜（26）。2.根据权利要求1所述的严寒地区公路路基注浆性能检测试验装置，其特征在于，所述注浆管（57）上设有控制其轴向运动的驱动单元（28），所述内窥镜（26）和驱动单元（28）均与综合控制台（27）电连接。3.根据权利要求1所述的严寒地区公路路基注浆性能检测试验装置，其特征在于，还包括支架（3），所述支架（3）包括支架底板（1）和位于所述支架底板（1）上方的支架隔板（59），所述支架底板（1）和支架隔板（59）之间通过支架立柱（2）支撑，所述模型箱（5）设置在支架底板（1）上，所述注浆模块（51）设置在支架隔板（59）上，所述注浆管（57）穿过所述支架隔板（59）向模型箱（5）内延伸。4.根据权利要求1所述的严寒地区公路路基注浆性能检测试验装置，其特征在于，所述处理器（55）包括数据采集器（35）和图像分析处理器（36），所述传感器组（56）和表面位移传感器（29）均与所述数据采集器（35）电连接，所述数据采集器（35）与图像分析处理器（36）电连接。5.根据权利要求1所述的严寒地区公路路基注...
【专利技术属性】
技术研发人员：高峰，张军辉，曾宪璋，陈志德，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：
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