用于模拟注浆过程中地层隆起的试验装置及其测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于模拟注浆过程中地层隆起的试验装置及其测试方法，装置包括试验箱、设置在试验箱中并将试验箱的内腔分隔成相互独立的土层装载腔和加压水腔的承压板、与加压水腔相连通的进水控制系统及高压空气调节系统、装填在土层装载腔中的试验土层、埋设在试验土层中的注浆单元以及与注浆单元相连接的浆液控制系统，土层装载腔通过土层进水管与进水控制系统相连通，试验土层中还埋设有土压力计及孔隙水压力计。与现有技术相比，本发明专利技术整体结构简单、紧凑，经济实用，可用于不同填筑条件和土层含水条件下的注浆模拟试验，组装及操作更加方便快捷，密封效果好，注浆模拟效果接近实际情况，能准确模拟现场注浆过程，具有很好的应用前景。

Test device for simulating formation heave in grouting process and testing method thereof

The present invention relates to a test device for simulating the grouting process of strata uplift test method and its device, including test box, set in the test box and the test chamber is divided into an independent soil loading chamber and pressurized water chamber pressure plates, and pressurized water chamber is communicated with the water inlet control system and high-pressure air conditioning system in the soil, filling in the cavity loading test of soil, buried in the soil in the test unit and grouting and grouting unit connected slurry control system, soil loading cavity through the water inlet pipe is communicated with the soil water control system, the test soil also buried with soil pressure and pore water pressure. Compared with the prior art, the invention has the advantages of simple structure, compact, economical and practical, can be used for grouting of different filling conditions and soil moisture conditions simulation test, assembly and operation more convenient, good sealing effect, grouting simulation results closer to the actual situation, it can accurately simulate the grouting process, has good application prospects.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地下工程试验
，涉及一种用于模拟注浆过程中地层隆起的试验装置及其测试方法。
技术介绍
地下工程中常用注浆隆起地层来补偿地表沉降，到目前为止，还没有一种理论模型能定性分析注浆过程，因此，经验分析仍然是主流。注浆机理非常复杂，涉及多种因素，注浆导致的地层隆起与注浆压力、浆液材料、浆液扩散规律以及浆液与土的相互作用有关。而模拟试验是定性分析注浆过程机理和地层隆起的最有效手段。地下工程中，用注浆来补偿地层沉降，控制地层变形的要求越来越普遍，工程中基本依靠经验确定注浆压力和注浆量，这就造成了巨大的浪费和安全隐患。目前，工程中还缺乏一种能精确模拟注浆过程中地层隆起的试验装置及测试方法。申请号为201610028653.X的中国专利技术专利公开了一种注浆模拟试验装置及其试验方法，所述的注浆模拟试验装置包括注浆渗透装置以及为注浆渗透装置进行加压的加压系统；所述的注浆渗透装置包括套装在一起的内筒和外筒，内筒和外筒之间可注水用以模拟饱和土体注浆工况；所述内筒筒壁上设有多个渗水孔，内筒和外筒的顶盖上设有伸入其中的且与加压系统相连的注浆管，注浆管外套有上下活动的多孔隔离板；在外筒的底座上设有泄水孔，且内筒的底部为可拆除的透水石和滤网。上述专利是在装置下部设置排水口，注浆过程中注浆舱室的压力始终为大气压，因此不能模拟深层地层高地应力状态下的注浆过程；此外，该装置无法测量注浆过程中地层的体积变化。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种构造简单、成本低廉，能精确模拟现场测试位置地层总压力和孔隙水压力的用于模拟注浆过程中地层隆起的试验装置。本专利技术的另一个目的是提供上述用于模拟注浆过程中地层隆起的试验装置的测试方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：用于模拟注浆过程中地层隆起的试验装置，该装置包括试验箱、设置在试验箱中并将试验箱的内腔分隔成相互独立的土层装载腔和加压水腔的承压板、与加压水腔相连通的进水控制系统及高压空气调节系统、装填在土层装载腔中的试验土层、埋设在试验土层中的注浆单元以及与注浆单元相连接的浆液控制系统，所述的土层装载腔通过土层进水管与进水控制系统相连通，所述的试验土层中还埋设有土压力计及孔隙水压力计。所述的注浆单元包括横贯埋设在试验土层中部的注浆管、开设在注浆管中部的注浆口以及与注浆口配合使用的止浆环。所述的注浆口共设有多个，并沿圆周均匀布设在注浆管的管壁上，所述的注浆口的外侧覆盖有橡胶膜。所述的浆液控制系统包括浆液箱、活塞泵以及浆液回流管，所述的浆液箱的出口端依次与活塞泵、注浆管相连接，并通过浆液回流管返回连接至浆液箱的进口端。所述的进水控制系统包括脱气水箱、一端与脱气水箱的出水口相连通，另一端与加压水腔相连通的加压进水管、沿水流方向依次设置在加压进水管上的流量计、阀门及水压表，所述的脱气水箱通过土层进水管与试验土层相连通。所述的加压水腔上部的一段加压进水管上设有用于指示水位的刻度支管。所述的高压空气调节系统包括高压空气泵、将高压空气泵与加压进水管相连通的高压空气进气管、沿气流方向依次设置在高压空气进气管上的第一高压空气调压阀及第一空气压力表。所述的高压空气进气管上设有与脱气水箱相连通的进气支管，该进气支管上沿气流方向依次设有第二空气压力表及第二高压空气调压阀。所述的试验土层的顶面和底面分别设有上部土工布、下部土工布，所述的承压板的周边设有密封防水圈，所述的加压水腔、土层装载腔还分别设有第一排水管、第二排水管。用于模拟注浆过程中地层隆起的试验装置的测试方法，该方法具体包括以下步骤：步骤(1)：向脱气水箱内注入脱气水至脱气水箱的2/3高度处，组装试验箱，并装填试验土层，保持试验土层的密度与现场实际密度相同；步骤(2)：打开加压进水管上的阀门，向试验箱的加压水腔中注水，并通过第一排水管调节水位到刻度支管的2/3处，然后关闭加压进水管上的阀门，打开第一高压空气调压阀，使得空气压力等于现场测试位置地层的总压力；步骤(3)：调节脱气水箱进气支管上的第二高压空气调压阀，使得脱气水箱内空气压力略高于现场测试位置的地层孔隙水压力，打开土层进水管上的阀门，脱气水箱内的脱气水开始向试验箱中的试验土层充水，并使得试验土层中的孔隙水压力与现场测试位置孔隙水压力相等；步骤(4)：当第二排水管内不再有气泡排出，水流稳定排出后，说明试验土层中的气体已全部排出，关闭第二排水管及土层进水管上的阀门，记录下脱气水箱和刻度支管内的水位高度；步骤(5)：打开活塞泵开始注浆，每隔一定时间，记录一次刻度支管内的水位高度、加压进水管上流量计读数、土压力计和孔隙水压力计的读数，注浆导致的地层隆起总体积由刻度支管水位的升高值与试验箱的截面积的乘积计算所得；步骤(6)：注浆结束后，打开脱气水箱的进水管上的阀门，每隔一定时间，记录一次脱气水箱的水位高度和刻度支管的水位高度，地层超孔隙水排水量由脱气水箱的水位升高值与脱气水箱的截面积的乘积计算所得，而地层最终的隆起体积为刻度支管的最初水位值与最终水位值的差值与试验箱的截面积的乘积计算所得。本专利技术中，所述的试验箱为空心圆桶，从下向上为底板、试验土层、承压板和加压脱气水，底板的厚度可用来调节试验土层的厚度，试验土层与底板、承压板的接触面分别设置下部土工布、上部土工布，防止土颗粒流失，承压板的周边设置有两道密封防水圈，隔绝加压脱气水和试验土层。所述的第一排水管、第二排水管中均设有排水滤网，用以防止土颗粒流水和堵塞管道。所述的注浆管从试验土层中部穿过，注浆口开设在注浆管的中部，注浆口为均布小孔，注浆口外侧覆盖橡胶膜，距离注浆口一定距离对称设置止浆环，活塞泵从浆液箱抽取浆液，通过注浆管从注浆口向试验土层中注浆，多余的浆液由浆液回流管回流至浆液箱中。在试验土层中设置土压力计和孔隙水压力计，用于测量浆液固结过程中浆液周边土层的土压力和孔隙水压力变化。加压进水管与高压空气进气管相连，高压空气压力与测试地层总压力相等，通过高压空气调压阀来控制空气压力；脱气水箱通过土层进水管与试验箱中的试验土层相连，并通过加压进水管与试验箱顶部相连，通过高压空气进气管与高压空气泵相连。与现有技术相比，本专利技术整体结构简单、紧凑，经济实用，可用于不同填筑条件和土层含水条件下的注浆模拟试验，组装及操作更加方便快捷，密封效果好，注浆模拟效果接近实际情况，能准确模拟现场注浆过程，可精确模拟现场测试位置的地层总压力和土层孔隙水压力，并能精确测定注浆过程中地层隆起体积和注浆结束后超孔隙水压力的排水量与地层的最终隆起体积。附图说明图1为本专利技术整体结构示意图；图2为本专利技术中注浆口局部结构示意图；图3为本专利技术中注浆口的截面结构示意图；图中标记说明：1—试验箱、2—承压板、21—密封防水圈、3—试验土层、31—上部土工布、32—下部土工布、4—底板、5—第一排水管、51—第二排水管、6—脱气水箱、61—脱气水、7—土层进水管、8—加压进水管、9—高压空气进气管、91—刻度支管、10—进气支管、11—脱气水箱的进水管、12—高压空气泵、13—浆液箱、14—活塞泵、15—注浆管、151—浆液回流管、16—注浆口、161—橡胶膜、17—止浆环、18—水压表、19—阀门、20—流量计、22—第一空气压力表、23—加压脱气本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于模拟注浆过程中地层隆起的试验装置，其特征在于，该装置包括试验箱、设置在试验箱中并将试验箱的内腔分隔成相互独立的土层装载腔和加压水腔的承压板、与加压水腔相连通的进水控制系统及高压空气调节系统、装填在土层装载腔中的试验土层、埋设在试验土层中的注浆单元以及与注浆单元相连接的浆液控制系统，所述的土层装载腔通过土层进水管与进水控制系统相连通，所述的试验土层中还埋设有土压力计及孔隙水压力计。

【技术特征摘要】
1.用于模拟注浆过程中地层隆起的试验装置，其特征在于，该装置包括试验箱、设置在试验箱中并将试验箱的内腔分隔成相互独立的土层装载腔和加压水腔的承压板、与加压水腔相连通的进水控制系统及高压空气调节系统、装填在土层装载腔中的试验土层、埋设在试验土层中的注浆单元以及与注浆单元相连接的浆液控制系统，所述的土层装载腔通过土层进水管与进水控制系统相连通，所述的试验土层中还埋设有土压力计及孔隙水压力计。2.根据权利要求1所述的用于模拟注浆过程中地层隆起的试验装置，其特征在于，所述的注浆单元包括横贯埋设在试验土层中部的注浆管、开设在注浆管中部的注浆口以及与注浆口配合使用的止浆环。3.根据权利要求2所述的用于模拟注浆过程中地层隆起的试验装置，其特征在于，所述的注浆口共设有多个，并沿圆周均匀布设在注浆管的管壁上，所述的注浆口的外侧覆盖有橡胶膜。4.根据权利要求2所述的用于模拟注浆过程中地层隆起的试验装置，其特征在于，所述的浆液控制系统包括浆液箱、活塞泵以及浆液回流管，所述的浆液箱的出口端依次与活塞泵、注浆管相连接，并通过浆液回流管返回连接至浆液箱的进口端。5.根据权利要求1所述的用于模拟注浆过程中地层隆起的试验装置，其特征在于，所述的进水控制系统包括脱气水箱、一端与脱气水箱的出水口相连通，另一端与加压水腔相连通的加压进水管、沿水流方向依次设置在加压进水管上的流量计、阀门及水压表，所述的脱气水箱通过土层进水管与试验土层相连通。6.根据权利要求5所述的用于模拟注浆过程中地层隆起的试验装置，其特征在于，所述的加压水腔上部的一段加压进水管上设有用于指示水位的刻度支管。7.根据权利要求5所述的用于模拟注浆过程中地层隆起的试验装置，其特征在于，所述的高压空气调节系统包括高压空气泵、将高压空气泵与加压进水管相连通的高压空气进气管、沿气流方向依次设置在高压空气进气管上的第一高压空气调压阀及第一空气压力表。8.根据权利要求7所述的用于模拟注浆过程中地层隆起的试验装置，其特征在于，所述的高压空...

【专利技术属性】
技术研发人员：武军，张健，郭志安，高权，王兆肖，赵彦刚，朱乔磊，姜开锋，王晶，王敏舟，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九二六部队，
类型：发明
国别省市：北京;11