【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土工程领域。
技术介绍
1、注浆加固技术越来越多地被应用到工程中，但因为注浆工程的复杂性、隐蔽性和浆液流动不可精准操控等特点，大部分的注浆工程只能依靠经验，边注浆边观察来控制注浆加固效果，可能会造成资源浪费，甚至对建(构)筑物的稳定性产生威胁。
2、我国东部矿区的井筒随着含水层固结沉降及开采活动等，基本都面临着破裂的风险，地面注浆加固是一项不占用井筒时间且加固效果较好的防治井壁破裂的技术。由于表土层较厚，埋深较深的土层长期处于高压固结的状态，导致表土层具有结构性强、高应力状态等特点。且早期井筒绝大部分是冻结法施工完成的，井筒周围土层(围土)都至少经历过一次冻融作用，表土层的孔隙大小及分布、含水率、强度等参数会有很大的改变。当井筒因附加力增长到一定阶段需要进行地面注浆加固时，浆液在这部分围土中流动扩散变得更加复杂和难以预测，表土层的力学响应机制也不明确，目前很少有关于这方面的理论或试验研究。
技术实现思路
1、本专利技术针对以上问题，提出了一种模拟冻融作用后井筒围土注浆加固的装置及方法，用于模拟这种特殊工况下的浆液流动扩散机理及加固效果。
2、本专利技术的技术方案为：所述装置包括注浆箱2、反力架1、储浆桶8、空气压缩机3、制冷机17和数据采集系统；
3、所述注浆箱2内部为试验区域，试验时，在其中铺设重塑土，并安置注浆管27、压力传感器28、位移传感器29和温度传感器30，所述注浆箱2的箱壁内嵌有冷凝管；
4、所述反力架1
5、在所述反力架1的下方设有固定相连的反力板10以及注浆箱盖板11，所述反力板10通过液压千斤顶14连接反力架1；
6、所述储浆罐8具有两个接口，其中第一个接口与空气压缩机3相连，第二个接口连接伸入试验区域的注浆管27；
7、所述制冷机17通过管道连接冷凝管31；
8、所述数据采集系统包括计算机18以及集线器20，试验区域中的压力传感器28、位移传感器29和温度传感器30通过信号线缆二21连接集线器20，集线器20通过信号线缆一19连接计算机。
9、在注浆管路23上设有浆液控制阀25，所述储浆罐8中则设有用于监测罐内实时气压的压力表6以及用于卸压的气压控制器26，所述输气管5上也设有压力表4，并且储浆罐8连接输气管5的接口中设有进气阀门22。
10、按以下步骤进行：
11、步骤一：试验准备工作；
12、组装注浆箱2，将制备好的重塑土分层铺入试验箱中；在重塑土铺设到预定高度的时候埋入注浆管27和位移传感器29、压力传感器28和温度传感器30；
13、步骤二：连接仪器设备管路；
14、将储浆桶8分别与空气压缩机3、注浆管27相连；将制冷机17与冷凝管连接；将试验区域中的各个传感器与集线器20及电脑连接并调试；
15、步骤三：施加地应力，冻结土体；
16、首先给土体施加地应力，打开反力架系统的液压千斤顶14，反力板10不断向下移动，注浆箱盖板11与土体接触后给重塑土试样施加地应力，使重塑土在设定的地应力环境下固结，直至土体压缩量稳定后，土体固结结束；接着启动制冷机17，靠冷却循环液24的流动来冻结土体，使土体在地应力作用下实现冻结，观察温度传感器30数值，冻结达到设定温度后，持续冻结24h，保证完全冻结。
17、步骤四：开始注浆；
18、关闭制冷机17，将冻结完成的土体恢复至室温，将制备好的浆液倒入储浆桶8，并密封；打开空气压缩机3和注浆阀门25对土体进行注浆，待达到试验要求的注浆结束标准后停止注浆，关闭浆液控制阀25、关闭空气压缩机3，拔出注浆管27并立即清洗，然后静置等待浆液完全固结；
19、步骤五：试验收尾；
20、等浆液完全固结，将液压千斤顶14复位，卸载地应力，然后开挖围土，获取浆液加固范围、注浆量、土体抬升量、土体应力等数据。
21、步骤六：数据处理，准备下一个试验；
22、归纳总结试验数据。
23、步骤一中注浆管27自上而下伸入试验区域中心，温度传感器30布置在试验区域中心的周围，在分层铺设时，每层的中间位置布置位移传感器29，相邻两层之间布置压力传感器28；
24、所述温度传感器至少3个，最中心的温度传感器紧邻注浆管27侧壁上的出口设置，另外的温度传感器与注浆管27侧壁上出口的水平间距梯度增加，竖直间距也向下梯度增加；
25、所述位移传感器29、压力传感器28布置在注浆箱2的轴线和一条母线之间的一个截面上，在该截面上自下而上均布若干位移传感器29以及若干压力传感器28。
26、本专利技术可用于模拟地面注浆加固防治井壁破裂效果，该专利技术高压固结系统可实现对不同深度土层的应力场模拟，制冷系统可将土体冻结来模拟混凝土井壁冻结法施工对表土层的影响。
27、本专利技术通过反力架系统和制冷系统来模拟实际工程中土层注浆在不同深度和不同冻融作用的复杂工况。该设备可实现不同冻结温度、不同地应力的调控，分别来模拟井筒冻结施工时的不同温度和不同深度的围土在注浆时的扩散形式及注浆响应，具有可控性强、贴切真实工况、操作简便、可重复使用等优点。
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1.一种模拟冻融作用后井筒围土注浆加固的装置，其特征在于，所述装置包括注浆箱(2)、反力架(1)、储浆桶(8)、空气压缩机(3)、制冷机(17)和数据采集系统；
2.根据权利要求1所述的一种模拟冻融作用后井筒围土注浆加固的装置，其特征在于，在注浆管路(23)上设有浆液控制阀(25)，所述储浆罐(8)中则设有用于监测罐内实时气压的压力表(6)以及用于卸压的气压控制器(26)，所述输气管(5)上也设有压力表(4)，并且储浆罐(8)连接输气管(5)的接口中设有进气阀门(22)。
3.一种基于权利要求1所述装置的模拟冻融作用后井筒围土注浆加固的方法，其特征在于，按以下步骤进行：
4.根据权利要求3所述的一种模拟冻融作用后井筒围土注浆加固的方法，其特征在于，步骤一中注浆管(27)自上而下伸入试验区域中心，温度传感器(30)布置在试验区域中心的周围，在分层铺设时，每层的中间位置布置位移传感器(29)，相邻两层之间布置压力传感器(28)；
【技术特征摘要】
1.一种模拟冻融作用后井筒围土注浆加固的装置，其特征在于，所述装置包括注浆箱(2)、反力架(1)、储浆桶(8)、空气压缩机(3)、制冷机(17)和数据采集系统；
2.根据权利要求1所述的一种模拟冻融作用后井筒围土注浆加固的装置，其特征在于，在注浆管路(23)上设有浆液控制阀(25)，所述储浆罐(8)中则设有用于监测罐内实时气压的压力表(6)以及用于卸压的气压控制器(26)，所述输气管(5)上也设有压力表(4)，并且储浆罐...
【专利技术属性】
技术研发人员：翁明月，赵光思，韩云，王正宇，史朝阳，周扬，俞扬，任明辉，谢彪，王郑州，
申请(专利权)人：上海大屯能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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