CN105527384B - 一种注浆模拟试验装置及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种注浆模拟试验装置及其试验方法，属于室内注浆模拟试验领域。装置包括：加压系统和注浆渗透装置；加压系统包括：加压气泵、储浆桶和压力表，储浆桶内设有搅拌器，储浆桶上部与下部分别设有与加压气泵和注浆渗透装置连通的进浆口和出浆口；注浆渗透装置包括内筒和外筒，内筒筒壁上布有渗水孔；注浆渗透装置顶部设有伸入其中的外部带螺纹的注浆管，注浆管外套有可上下活动的多孔隔离板；注浆渗透装置底部设有开孔，其上设有透水石。本发明用于多种上覆土层情况、不同填筑条件和土层含水条件下注浆模拟试验，试验方法操作简单，可模拟工况多，注浆模拟效果接近实际情况，注浆效果直观可见。
Description
技术领域
本发明涉及注浆试验领域，尤其是一种注浆模拟试验装置及其试验方法。
背景技术
近年来，注浆技术作为一种专业性很强的施工方法，由于其工艺简单、施工速度快、工程成本低等特点在对软弱地层的加固处治中应用得越来越多。然而由于地层条件的不确定性和浆液性质的复杂性，导致现有注浆理论研究极大滞后于工程应用需求，注浆参数大多需要通过注浆试验确定，室内注浆试验成为了确定工程中注浆参数以及各因素对注浆效果影响规律的重要手段。但是室内注浆试验常常受到模型装置尺寸大小、填土工作量大且工况难以控制、地层含水情况难以模拟、注浆效果不可见等因素的限制，导致室内试验存在实施难度大、实施效果难以控制、耗费大量人力物力等不足。
中国专利CN 103645306 A公开了一种注浆实验设备，该设备由实际地层模拟装置和注浆装置组成，但该装置未设置排水通道，不能模拟注浆过程中孔隙水消散的过程；该装置采用加劲杆和螺丝密封，容易产生偏心受压；同时该装置中圆筒为整体结构，无法观察内部浆液扩散情况。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种注浆模拟试验装置及其试验方法。可用于多种上覆土层情况、不同填筑条件和土层含水条件下的注浆模拟试验，操作简单，密封效果好，注浆模拟效果接近实际情况，注浆效果直观可见。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种注浆模拟试验装置，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。
进一步的，所述加压系统包括加压气泵、储浆桶和压力表，储浆桶内设有搅拌器，储浆桶上部与下部分别设有与加压气泵和注浆渗透装置连通的进浆口和出浆口；且在出浆口处设有压力表，出浆口通过注浆软管与注浆渗透装置的顶部相连。
进一步的，所述外筒与其底座之间为焊接连接，外筒与桶盖之间为单侧密封搭扣活动连接。进一步的，所述的内筒由纵向对称的两半圆体扣接而成；两半圆体间设有密封橡胶条，通过外部的快速卡箍接头密封连接。
进一步的，所述内筒筒壁上均匀分布有直径20mm的渗水孔，用以模拟实际地层注浆时的侧向排水通道，所述的渗水孔上、下两行间距根据受注土体渗透系数等因素可设置为15cm～20cm，每行均匀布设6个渗水孔。
进一步的，所述顶盖和底座与内筒和外筒的连接处均设有凹槽，凹槽内设有密封橡胶垫；
进一步的，所述内筒和外筒与顶盖和底座间通过8个密封搭扣连接，密封搭扣设于顶盖和底座侧面及外筒筒壁外侧。
进一步的，所述多孔隔离板上分布有沿板径方向直径依次增大的小孔，以保证渗水速率在板的各个位置尽量一致，多孔隔离板上部和下部可分别填筑不同类型的土样，用以模拟不同地层条件下的注浆。
进一步的，所述外部带螺纹的注浆管上部连接有多向接头，两者之间通过法兰连接，注浆管可根据需要任意接长，多向接头上分别设有控浆阀门和控水阀门。
进一步的，所述透水石与内筒之间设有密封胶圈。
注浆模拟试验装置的试验方法，包括以下步骤：
步骤1组装注浆渗透装置；
首先将装置内筒两半圆体相互扣合，通过外部的快速卡箍接头密封连接，将透水石外套密封橡胶圈放置于底座上，将内筒置于底座的内圈凹槽内，紧贴内筒内壁裹覆一层防渗土工布，随后在其中分层填入受注土体，每层厚度控制在30cm左右，采用人工击实；达到设定高度时，安置多孔隔离板和外部带螺纹的注浆管，板上覆一层防渗土工布，上部填筑粉土并压实；内筒安装完成后，将外筒置于底座的外圈凹槽内，随后加盖顶盖，将内筒与外筒同时插入顶盖的凹槽内，按照上下同时进行，左右对称进行的顺序将各密封搭扣扣牢。
步骤2加压系统连接：多向接头通过法兰与外部带螺纹的注浆管连接，然后通过注浆软管与储浆桶连接，压力表安装在储浆桶出浆口处，加压气泵与储浆桶通过注浆软管密封连接。
步骤3水分条件控制：对于不存在地下水的工况模拟时，调节好土体含水率等参数后即可进行注浆；对于有地下水存在的工况模拟时，装置连接完成后关闭控浆阀门，打开控水阀门进行注水，使内筒中的受注土体达到饱和状态，注水后在内筒与外筒之间加入设定高度的水，待水位高度稳定后再进行注浆。
步骤4注浆：将配置好的浆液倒入储浆桶中，打开储浆桶内的搅拌器；打开气泵开关，待储浆桶上压力表读数达到设定值时，开启控浆阀门进行注浆，根据气压表读数随时调节气泵压力使桶内压力保持在稳定值；当注浆达到设定的时间或注浆渗透装置下部出水口处不再有水流出时，关闭控浆阀门和加压气泵，待压力消散后拆除加压气泵与储浆桶之间的注浆软管，将储浆桶内的浆液倒出并对其进行清洗。
步骤5注浆结束后，待注浆固结体在注浆渗透装置中养护达到一定强度后拆模取出，观察记录浆液扩散范围、形态等，同时可取样进行抗压强度试验。
本发明的有益效果是：
1)装置内筒侧面和底部分别设置排水孔，模拟实际地层中注浆时孔隙水的排除过程，注浆模拟效果接近实际情况；
2)渗透装置筒身与顶盖、筒身与底座之间以及内筒筒身均可拆除，便于土样的装填和注浆效果的取样观察，采用密封搭扣连接，防止偏心受压；
3)多孔隔离板使装置可模拟不同上覆土层条件下的注浆效果，同时对防止冒浆有一定效果；
4)通过调整内筒与外筒之间的水位高度可模拟不同地下水情况下的注浆工况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明注浆渗透装置示意图；
图3是本发明加压系统示意图；
图4是本发明内筒外套快速卡箍接头的俯视图；
图5是本发明多孔隔离板示意图；
图6是本发明注浆渗透装置顶盖示意图；
图7是本发明注浆渗透装置底座示意图；
图8是本发明内筒半圆体示意图。
图中：1-注浆舱室；2-外部带螺纹的注浆管；3-顶盖；4-密封橡胶垫；5-密封搭扣；6-多孔隔离板；7-注浆嘴；8-内筒；9-排水孔；10-外筒；11-透水石；12-橡胶塞；13-泄水孔；14-底座；15-密封橡胶圈；16-控浆阀门；17-控水阀门；18-多向接头；19-储浆桶；20-转轴；21-桶盖；22-电机；23-搅拌器；24-压力表；25-加压气泵；26-注浆软管；31-外部凹槽；32-内部凹槽；33-通孔；34-搭扣扣环；81-排水孔；82-密封橡胶条；83-卡箍；84-螺栓；85-半圆体接口；61-小孔；62-通孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
本发明实例提供一种注浆模拟试验装置，如图1所示，该装置包括加压系统和注浆渗透装置。
如图2所示，注浆渗透装置包括：注浆舱室1、顶盖3、密封搭扣5、多孔隔离板6、注浆嘴7、内筒8、外筒10、底座14、控浆阀门16、控水阀门17。顶盖3、底座14分别通过4个对称分布的密封搭扣与外筒10连接，其连接接触面处均设有凹槽，内置密封橡胶垫4，外部带螺纹的注浆管2与多孔隔离板6、顶盖3的接触面均有互相契合的螺纹，可通过转动调节上下位置，内筒8与外筒10材质为透明有机玻璃，底座14设有泄水孔13，上部设有透水石11，透水石11与内筒8之间设有密封橡胶圈15，内筒8与外筒10之间的泄水孔13内有可拔出的橡胶塞12。
上述设备中，内筒8直径为45～50cm，外筒10直径为55～70cm，内筒8与外筒10半径相差约5cm～10cm，内筒8和外筒10之间可注水用以模拟饱和土体注浆工况；
上述设备中，外部带螺纹的注浆管2可设置多节，根据注浆位置深度可任意加长。且注浆管上部连接有多向接头18，两者之间通过法兰连接，多向接头上分别设有控浆阀门16和控水阀门17。
上述设备中，内筒8与外筒10之间可加水，以模拟不同地层含水情况下的注浆工况。
如图3所示，加压系统包括：储浆桶19、电机22、搅拌器23、压力表24、加压气泵25。其中，储浆桶19的桶底与桶壁为焊接连接，桶盖21通过转轴20和密封搭扣5与桶壁活动连接，压力表24设置在储浆桶19的出浆口处，搅拌器23置于储浆桶19内，通过电机22控制，加压气泵25通过注浆软管26与储浆桶19连接。
上述设备中，加压气泵25可提供0.1～1.0MPa的压力。
如图4所示，内筒8为有机玻璃筒，两半圆体接头处设置有密封橡胶条82，通过卡箍83和螺栓84紧固连接。
如图5所示，多孔隔离板6为硬橡胶板，其上分布有沿半径方向孔径逐渐增大的小孔61，中间的通孔62内设有螺纹。
如图6所示，顶盖3上的外部凹槽31与外筒相吻合，内部凹槽32与内筒相吻合，中间通孔33内部刻有螺纹，搭扣扣环34焊接在顶盖3侧面。
如图7所示，底座14上设有泄水孔13，泄水孔内设有可拔出的橡胶塞12。
如图8所示，内筒8半圆体接口85为凹凸接口，其上均匀分布有直径20mm的排水孔81。
进一步的，外部带螺纹的注浆管上部连接有多向接头，两者之间通过法兰连接，注浆管可根据需要任意接长，多向接头上分别设有控浆阀门和控水阀门。
注浆模拟试验装置的试验方法，包括以下步骤：
1)注浆渗透装置组装：首先将装置内筒8的两半圆体相互扣合，通过外部的快速卡箍接头83、84密封连接，将透水石11外套密封橡胶圈15放置于底座14上，将内筒8置于底座14的内圈凹槽32内，紧贴内筒8的内壁裹覆一层防渗土工布，随后在其中分层填入受注土体，每层厚度控制在30cm左右，采用人工击实；达到设定高度时，安置多孔隔离板6和外部带螺纹的注浆管2，多孔隔离板6上覆一层防渗土工布，上部填筑粉土并压实；内筒8安装完成后，将外筒10置于底座14的外圈凹槽31内，随后加盖顶盖3，将内筒8与外筒10同时插入顶盖3的凹槽内，按照上下同时进行，左右对称进行的顺序将各密封搭扣5扣牢。
2)加压系统连接：多向接头18通过法兰与外部带螺纹的注浆管2连接，然后通过注浆软管26与储浆桶19连接，压力表24安装在储浆桶出浆口处，加压气泵25与储浆桶通过注浆软管26密封连接。
3)水分条件控制：对于不存在地下水的工况模拟时，调节好土体含水率等参数后即可进行注浆；对于有地下水存在的工况模拟时，装置连接完成后关闭控浆阀门，打开控水阀门进行注水，使内筒中的受注土体达到饱和状态，注水后在内筒与外筒之间加入设定高度的水，待水位高度稳定后再进行注浆。
4)注浆：将配置好的浆液倒入储浆桶19中，打开储浆桶19内的搅拌器23；打开加压气泵25的开关，待压力表24的读数达到设定值时，开启控浆阀门16进行注浆，根据气压表24的读数随时调节加压气泵25的压力使桶内压力保持在稳定值。当注浆达到设定的时间或注浆渗透装置下部泄水孔13不再有水流出时，关闭控浆阀门16和加压气泵25，待压力消散后拆除加压气泵25与储浆桶19之间的注浆软管26，将储浆桶19内的浆液倒出并对其进行清洗。
5)注浆结束后，待注浆固结体在注浆渗透装置中养护达到一定强度后拆模取出，观察记录浆液扩散范围、形态等，同时取样进行抗压强度试验。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种注浆模拟试验装置，其特征在于：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；
所述顶盖和底座与内筒和外筒的连接处均设有凹槽，凹槽内设有密封橡胶垫；
所述内筒筒壁上渗水孔的直径为20mm，所述渗水孔上、下两行间距根据受注体渗透系数设置为15cm-20cm，每行均匀布设6个渗水孔；
所述多孔隔离板上分布有沿板半径方向直径依次增大的小孔；
所述加压系统包括加压气泵、储浆桶和压力表，储浆桶内设有搅拌器，储浆桶上部与下部分别设有与加压气泵和注浆渗透装置连通的进浆口和出浆口；且在出浆口处设有压力表；
所述的内筒由纵向对称的两半圆体扣接而成；两半圆体间设有密封橡胶条，通过外部的快速卡箍接头密封连接。
2.如权利要求1所述的注浆模拟试验装置，其特征在于：所述外筒与其底座之间为焊接连接，外筒与桶盖之间为单侧密封搭扣活动连接。
3.如权利要求1所述的注浆模拟试验装置，其特征在于：所述内筒和外筒与顶盖和底座间通过密封搭扣连接，密封搭扣设于顶盖和底座侧面及外筒筒壁外侧。
4.如权利要求1所述的注浆模拟试验装置，其特征在于：所述注浆管上部连接有多向接头，两者之间通过法兰连接，多向接头上分别设有控浆阀门和控水阀门。
5.如权利要求1所述的注浆模拟试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)组装注浆渗透装置；
2)连接加压系统；
多向接头通过法兰与外部带螺纹的注浆管连接，然后通过注浆软管与储浆桶连接，压力表安装在储浆桶出浆口处，加压气泵与储浆桶通过注浆软管密封连接；
3)水分条件控制：
对于不存在地下水的工况模拟时，调节好土体含水率后进行注浆；对于有地下水存在的工况模拟时，装置连接完成后关闭控浆阀门，打开控水阀门进行注水，使内筒中的受注土体达到饱和状态，注水后在内筒与外筒之间加入设定高度的水，待水位高度稳定后再进行注浆；
4)注浆：将配置好的浆液倒入储浆桶中，打开储浆桶内的搅拌器；打开气泵开关，待储浆桶上压力表读数达到设定值时，开启控浆阀门进行注浆，根据气压表读数随时调节气泵压力使桶内压力保持在稳定值；当注浆达到设定的时间或注浆渗透装置下部出水口处不再有水流出时，关闭控浆阀门和加压气泵，待压力消散后拆除加压气泵与储浆桶之间的注浆软管，将储浆桶内的浆液倒出并对其进行清洗；
5)注浆结束后，待注浆固结体在注浆渗透装置中养护达到一定强度后拆模取出，观察记录浆液扩散范围、形态，同时取样进行抗压强度试验。
6.如权利要求5所述的试验方法，其特征在于，步骤1)具体如下：
将内筒两半圆体相互扣合，通过外部的快速卡箍接头密封连接，将透水石外套密封橡胶圈放置于底座上，将内筒置于底座的内圈的凹槽内，紧贴内筒内壁裹覆一层防渗土工布，在其中分层填入受注土体且击实；达到设定高度时，安置多孔隔离板和外部带螺纹的注浆管，板上覆一层防渗土工布，上部填筑粉土并压实；内筒安装完成后，将外筒置于底座的外圈的凹槽内，随后加盖顶盖，将内筒与外筒同时插入顶盖的凹槽内，按照上下同时进行，左右对称进行的顺序将各密封搭扣扣牢。
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