CN106768153B - 一种浆液固结体积收缩率测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浆液固结体积收缩率测试装置及测试方法。测试装置由试验桶、承压板、上部土层、浆液、下部土层、排水管、上部土层进水管、下部土层进水管、进水阀门、水压表、液体流量计、加压管进水管、水箱、脱气水进水管、水箱高压空气进气管、模拟地层压力的高压空气进气管、带刻度支管、脱气水、高压空气泵等组成。该装置具有构造简单、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和能精确测定浆液固结过程中总体积收缩、浆液硬化体积收缩量和浆液渗入土层水量的特点。本发明还提供了一种浆液固结体积收缩率测试方法。
Description
技术领域
本发明属于地下工程施工领域，尤其是涉及一种浆液固结体积收缩率测试装置及测试方法。
背景技术
地下工程中常用注浆来防止地表沉降，如隧道穿越建筑物时，常常用注浆来补偿地层损失，防止建筑物下沉。浆液注入地层后的体积收缩对地表沉降和地层压力影响很大。
导致浆液体积变化的因素有两种，浆液的失水和浆液的硬化。浆液注入渗透性较好的地层后，浆液中的水份渗入地层，浆液的失水量取决于浆液的成分和地层的渗透性，同时随着浆液各组分间的化学反应，浆液逐渐硬化固结，体积也发生收缩。当浆液注入岩石或渗透性很低的黏土层中，渗透造成的失水量很小，浆液的体积变化主要发生在硬化过程中；当注入渗透性较好的土层中时，失水和浆液的硬化同时发生。
隧道下穿建筑物越来越普遍，对建筑物的保护要求越来越高，工程主要通过超量注浆来防止建筑物沉降，但是超量注浆会造成建筑物抬升，同样对建筑物有害，特别是砌体结构建筑物，同样的变形量，抬升对建筑物的损害比沉降更大。目前，工程中还缺乏一种能同时精确测定浆液固结过程体积总收缩率、硬化体积收缩量和失水导致的体积收缩量的装置及测试方法。
发明内容
本发明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成本低廉、易于操作、能模拟现场注浆厚度的浆液固结体积收缩率测试装置及测试方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种浆液固结体积收缩率测试装置，包括试验桶上段、试验桶中段、试验桶下段，所述的试验桶上段、试验桶中段、试验桶下段上下顺序连接，所述的试验桶上段内放置脱气水与上部土层，所述的脱气水在上，上部土层在下，所述的脱气水与上部土层之间通过承压板间隔，所述的试验桶中段内放置浆液，所述的试验桶下段内放置下部土层，浆液与上部土层及下部土层之间分别通过弹性透水滤膜隔开，所述的上部土层、下部土层外接有进水管与排水管，所述的脱气水分别外接有加压管进水管、高压空气进气管及排水管。
还包括水箱及高压空气泵，所述的上部土层与水箱之间连接有上部土层进水管，所述的下部土层与水箱之间连接有下部土层进水管，所述的加压管进水管一端连接在水箱上，另一端与高压空气进气管相接，所述的高压空气进气管一端连接到试验桶上段内用于注入脱气水，另一端与高压空气泵连接，所述的水箱与高压空气泵之间通过水箱高压空气进气管连接，所述的水箱还外接脱气水进水管。
所述的上部土层进水管、下部土层进水管、加压管进水管上均设有进水调压阀门、水压表及液体自动流量计。
所述的脱气水进水管上设有脱气水进水阀。
所述的水箱高压空气进气管上设有水箱高压空气压力表、水箱高压空气调压阀。
所述的高压空气进气管与试验桶上段相连的一端设有带刻度支管，所述的带刻度支管并联在高压空气进气管上，所述的高压空气进气管上还设有高压空气压力表与高压空气调压阀。
所述的排水管上设有排水阀门与排水滤网。排水滤网用于防止土颗粒流失和堵塞排水管。
所述的上部土层与承压板之间设有上部土层上覆土工布，所述的浆液与上部土层之间设有浆液上覆弹性透水滤膜，所述的浆液与下部土层之间设有浆液底部弹性透水滤膜，所述的下部土层下侧依次设有下部土层底部土工布与底板，所述的承压板与试验桶上段之间设置有两道密封防水圈。浆液上覆弹性透水滤膜、浆液底部弹性透水滤膜用于避免浆液中的水与土层中的水混合，影响试验精度，当浆液收缩时，弹性透水滤膜能与浆液协调变形。底板的厚度用来调节土层的厚度。
所述的上部土层内设有土压力计与孔隙水压力计，所述的下部土层内设有土压力计与孔隙水压力计。土压力计与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。
一种浆液固结体积收缩率测试方法，包括以下步骤：
步骤1：浆液固结体积收缩率测试装置的组装：将试验桶上段、试验桶中段、试验桶下段上下顺序连接，试验桶中段与试验桶上段之间设置浆液上覆弹性透水滤膜，试验桶中段与试验桶下段之间设置浆液底部弹性透水滤膜，浆液放置在试验桶中部，上部土层放置在试验桶上段内，上部土层上设置上部土层上覆土工布与承压板，下部土层放置在试验桶下段内，下部土层下侧依次设置下部土层底部土工布与底板，上部土层与水箱之间连接上部土层进水管，下部土层与水箱之间连接下部土层进水管，高压空气进气管一端连接到试验桶上段内用于注入脱气水，另一端与高压空气泵连接，将加压管进水管一端连接在水箱上，另一端与高压空气进气管相接，水箱与高压空气泵之间通过水箱高压空气进气管连接，水箱还外接脱气水进水管，上部土层、下部土层内均设置土压力计与孔隙水压力计，上部土层、下部土层外接进水管与排水管，上部土层进水管与下部土层进水管上均设置进水调压阀门、水压表及液体自动流量计，脱气水进水管上设置脱气水进水阀，水箱高压空气进气管上设置水箱高压空气压力表、水箱高压空气调压阀，在高压空气进气管上设置带刻度支管、高压空气压力表与高压空气调压阀，在排水管上设置排水阀门与排水滤网；
步骤2：向水箱内注入脱气水至2/3高度处，保持上部土层、下部土层密度与现场实际密度相同；
步骤3：打开加压管进水管上的阀门，向试验桶上段内承压板的上方注入脱气水，通过与脱气水相连的排水管上排水阀门调节水位到带刻度支管的2/3处，然后关闭加压管进水管上的阀门，打开高压空气调压阀，使得空气压力等于现场测试位置地层总压力；
步骤4：调节水箱高压空气进气管上的水箱高压空气调压阀，使得水箱内空气压力高于现场测试位置的地层孔隙水压力，打开上部土层进水管和下部土层进水管上进水调压阀门，水箱内的脱气水向上部土层、下部土层充水，并使得上部土层、下部土层孔隙水压力与现场测试位置孔隙水压力相等；
步骤5：当与上部土层或下部土层相连的排水管内不再有气泡排出，水流稳定排出后，关闭排水阀门，记录下水箱和带刻度支管内此时的水位高度；
步骤6：在浆液的固结过程中，每隔一定时间，记录一次水箱、带刻度支管内的水位高度和上部土层进水管、下部土层进水管上的液体自动流量计读数、土压力计和孔隙水压力计读数；
步骤7：计算总体积收缩量、硬化体积收缩量和浆液渗入土层水量，浆液固结导致的总体积收缩通过读取带刻度支管水位的降低值与试验桶的截面积乘积计算，浆液分别渗入上部土层、下部土层的水量通过液体自动流量计读出，渗入上部土层、下部土层的总水量通过水箱内水位的增加值与水箱的截面积乘积计算得出，浆液硬化导致的体积收缩量为总体积收缩减去渗入土层水量。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
1、本发明装置结构简单，成本低廉。
2、本发明的装置与检测方法能精确模拟现场测试位置的地层总压力和上、下土层孔隙水压力。
3、本发明的装置与检测方法能精确测定浆液固结过程中总体积收缩、浆液硬化体积收缩量和浆液渗入土层水量。
附图说明
图1为本发明浆液固结体积收缩率测试装置结构示意图。
1—试验桶上段、2—试验桶中段、3—试验桶下段、4—承压板、41—密封防水圈、5—上部土层、51—上部土层上覆土工布、6—浆液、61—浆液上覆弹性透水滤膜、62—浆液底部弹性透水滤膜、7—下部土层、71—下部土层底部土工布、72—底板、8—排水管、81—排水阀门、82—排水滤网、9—上部土层进水管、10—下部土层进水管、11—进水调压阀门、12—水压表、13—液体自动流量计、14—加压管进水管、15—水箱、16—脱气水进水管、161—脱气水进水阀、17—水箱高压空气进气管、171—水箱高压空气压力表、172—水箱高压空气调压阀、18—高压空气进气管、181—带刻度支管、182—高压空气压力表、183—高压空气调压阀、19—脱气水、20—高压空气泵、21—土压力计、22—孔隙水压力计。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种浆液固结体积收缩率测试装置，如图1所示，包括试验桶上段1、试验桶中段2、试验桶下段3，试验桶上段1、试验桶中段2、试验桶下段3上下顺序连接，试验桶上段1内放置脱气水19与上部土层5，脱气水19在上，上部土层5在下，脱气水19与上部土层5之间通过承压板4间隔，试验桶中段2内放置浆液6，试验桶下段3内放置下部土层7，浆液6与上部土层5及下部土层7之间分别通过弹性透水滤膜隔开，上部土层5、下部土层7外接有进水管与排水管8，脱气水19分别外接有加压管进水管14、高压空气进气管18及排水管8。
还包括水箱15及高压空气泵20，上部土层5与水箱15之间连接有上部土层进水管9，下部土层7与水箱15之间连接有下部土层进水管10，加压管进水管14一端连接在水箱15上，另一端与高压空气进气管18相接，高压空气进气管18一端连接到试验桶上段1内用于注入脱气水19，另一端与高压空气泵20连接，水箱15与高压空气泵20之间通过水箱高压空气进气管17连接，水箱15还外接脱气水进水管16。
上部土层进水管9、下部土层进水管10、加压管进水管14上均设有进水调压阀门11、水压表12及液体自动流量计13。
脱气水进水管16上设有脱气水进水阀161。
水箱高压空气进气管17上设有水箱高压空气压力表171、水箱高压空气调压阀172。
高压空气进气管18与试验桶上段1相连的一端设有带刻度支管181，带刻度支管181并联在高压空气进气管18上，高压空气进气管18上还设有高压空气压力表182与高压空气调压阀183。
排水管8上设有排水阀门81与排水滤网82。排水滤网82用于防止土颗粒流失和堵塞排水管。
上部土层5与承压板4之间设有上部土层上覆土工布51，浆液6与上部土层5之间设有浆液上覆弹性透水滤膜61，浆液6与下部土层7之间设有浆液底部弹性透水滤膜62，下部土层7下侧依次设有下部土层底部土工布71与底板72，承压板4与试验桶上段1之间设置有两道密封防水圈41。浆液上覆弹性透水滤膜61、浆液底部弹性透水滤膜62用于避免浆液中的水与土层中的水混合，影响试验精度，当浆液收缩时，弹性透水滤膜能与浆液协调变形。底板72的厚度用来调节土层的厚度。
上部土层5内设有土压力计21与孔隙水压力计22，下部土层7内设有土压力计21与孔隙水压力计22。土压力计21与孔隙水压力计22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。
实施例2
使用实施例1的装置进行浆液固结体积收缩率的测试方法，包括以下步骤：
步骤1：将浆液固结体积收缩率测试装置进行组装成图1所示结构；
步骤2：向水箱15内注入脱气水至2/3高度处，保持上部土层5、下部土层7密度与现场实际密度相同；
步骤3：打开加压管进水管14上的阀门，向试验桶上段1内承压板4的上方注入脱气水19，通过与脱气水19相连的排水管8上排水阀门81调节水位到带刻度支管181的2/3处，然后关闭加压管进水管14上的阀门，打开高压空气调压阀183，使得空气压力等于现场测试位置地层总压力；
步骤4：调节水箱高压空气进气管17上的水箱高压空气调压阀172，使得水箱17内空气压力高于现场测试位置的地层孔隙水压力，打开上部土层进水管9和下部土层进水管10上进水调压阀门11，水箱15内的脱气水向上部土层5、下部土层7充水，并使得上部土层5、下部土层7孔隙水压力与现场测试位置孔隙水压力相等；
步骤5：当与上部土层5或下部土层7相连的排水管8内不再有气泡排出，水流稳定排出后，关闭排水阀门81，记录下水箱15和带刻度支管181内此时的水位高度；
步骤6：在浆液的固结过程中，每隔一定时间，记录一次水箱15、带刻度支管181内的水位高度和上部土层进水管9、下部土层进水管10上的液体自动流量计13读数、土压力计21和孔隙水压力计22读数；
步骤7：计算总体积收缩量、硬化体积收缩量和浆液渗入土层水量，浆液固结导致的总体积收缩通过读取带刻度支管181水位的降低值与试验桶的截面积乘积计算，浆液6分别渗入上部土层5、下部土层7的水量通过液体自动流量计13读出，渗入上部土层5、下部土层7的总水量通过水箱15内水位的增加值与水箱15的截面积乘积计算得出，浆液硬化导致的体积收缩量为总体积收缩减去渗入土层水量。
实施例3
试验桶内的下部土层可更换为混凝土，并关闭下部土层进水管上的调压阀门，其余试验过程与实施例2相同，可模拟盾构隧道盾尾注浆浆液固结体积收缩过程。
实施例4
试验桶内的下部土层可更换为岩石，并关闭下部土层进水管上的调压阀门，其余试验过程与实施例2相同，可模拟上土下岩地层注浆浆液固结体积收缩过程。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种浆液固结体积收缩率测试装置，其特征在于，包括试验桶上段(1)、试验桶中段(2)、试验桶下段(3)，所述的试验桶上段(1)、试验桶中段(2)、试验桶下段(3)上下顺序连接，所述的试验桶上段(1)内放置脱气水(19)与上部土层(5)，所述的脱气水(19)在上，上部土层(5)在下，所述的脱气水(19)与上部土层(5)之间通过承压板(4)间隔，所述的试验桶中段(2)内放置浆液(6)，所述的试验桶下段(3)内放置下部土层(7)，浆液(6)与上部土层(5)及下部土层(7)之间分别通过弹性透水滤膜隔开，所述的上部土层(5)、下部土层(7)各自均外接有进水管与排水管(8)，所述的脱气水(19)分别外接有加压管进水管(14)、高压空气进气管(18)及排水管(8)；
还包括水箱(15)及高压空气泵(20)，所述的上部土层(5)与水箱(15)之间连接有上部土层进水管(9)，所述的下部土层(7)与水箱(15)之间连接有下部土层进水管(10)，所述的加压管进水管(14)一端连接在水箱(15)上，另一端与高压空气进气管(18)相接，所述的高压空气进气管(18)一端连接到试验桶上段(1)内用于注入脱气水(19)，另一端与高压空气泵(20)连接，所述的水箱(15)与高压空气泵(20)之间通过水箱高压空气进气管(17)连接，所述的水箱(15)还外接脱气水进水管(16)；
所述的上部土层进水管(9)、下部土层进水管(10)、加压管进水管(14)上均设有进水调压阀门(11)、水压表(12)及液体自动流量计(13)；
所述的水箱高压空气进气管(17)上设有水箱高压空气压力表(171)、水箱高压空气调压阀(172)；
所述的高压空气进气管(18)与试验桶上段(1)相连的一端设有带刻度支管(181)，所述的带刻度支管(181)并联在高压空气进气管(18)上，所述的高压空气进气管(18)上还设有高压空气压力表(182)与高压空气调压阀(183)；
所述的上部土层(5)内设有土压力计(21)与孔隙水压力计(22)，所述的下部土层(7)内设有土压力计(21)与孔隙水压力计(22)。
2.根据权利要求1所述的一种浆液固结体积收缩率测试装置，其特征在于，所述的脱气水进水管(16)上设有脱气水进水阀(161)。
3.根据权利要求1所述的一种浆液固结体积收缩率测试装置，其特征在于，所述的排水管(8)上设有排水阀门(81)与排水滤网(82)。
4.根据权利要求1所述的一种浆液固结体积收缩率测试装置，其特征在于，所述的上部土层(5)与承压板(4)之间设有上部土层上覆土工布(51)，所述的浆液(6)与上部土层(5)之间设有浆液上覆弹性透水滤膜(61)，所述的浆液(6)与下部土层(7)之间设有浆液底部弹性透水滤膜(62)，所述的下部土层(7)下侧依次设有下部土层底部土工布(71)与底板(72)，所述的承压板(4)与试验桶上段(1)之间设置有两道密封防水圈(41)。
5.一种浆液固结体积收缩率测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：浆液固结体积收缩率测试装置的组装：
将试验桶上段(1)、试验桶中段(2)、试验桶下段(3)上下顺序连接，试验桶中段(2)与试验桶上段(1)之间设置浆液上覆弹性透水滤膜(61)，试验桶中段(2)与试验桶下段(3)之间设置浆液底部弹性透水滤膜(62)，浆液(6)放置在试验桶中部(2)，上部土层(5)放置在试验桶上段(1)内，上部土层(5)上设置上部土层上覆土工布(51)与承压板(4)，下部土层(7)放置在试验桶下段(3)内，下部土层(7)下侧依次设置下部土层底部土工布(71)与底板(72)，上部土层(5)与水箱(15)之间连接上部土层进水管(9)，下部土层(7)与水箱(15)之间连接下部土层进水管(10)，高压空气进气管(18)一端连接到试验桶上段(1)内用于注入脱气水(19)，另一端与高压空气泵(20)连接，将加压管进水管(14)一端连接在水箱(15)上，另一端与高压空气进气管(18)相接，水箱(15)与高压空气泵(20)之间通过水箱高压空气进气管(17)连接，水箱(15)还外接脱气水进水管(16)，上部土层(5)、下部土层(7)内均设置土压力计(21)与孔隙水压力计(22)，上部土层(5)、下部土层(7)各自均外接有进水管与排水管(8)，上部土层进水管(9)与下部土层进水管(10)上均设置进水调压阀门(11)、水压表(12)及液体自动流量计(13)，脱气水进水管(16)上设置脱气水进水阀(161)，水箱高压空气进气管(17)上设置水箱高压空气压力表(171)、水箱高压空气调压阀(172)，在高压空气进气管(18)上设置带刻度支管(181)、高压空气压力表(182)与高压空气调压阀(183)，在排水管(8)上设置排水阀门(81)与排水滤网(82)；
步骤2：向水箱(15)内注入脱气水至2/3高度处，保持上部土层(5)、下部土层(7)密度与现场实际密度相同；
步骤3：打开加压管进水管(14)上的阀门，向试验桶上段(1)内承压板(4)的上方注入脱气水(19)，通过与脱气水(19)相连的排水管(8)上排水阀门(81)调节水位到带刻度支管(181)的2/3处，然后关闭加压管进水管(14)上的阀门，打开高压空气调压阀(183)，使得空气压力等于现场测试位置地层总压力；
步骤4：调节水箱高压空气进气管(17)上的水箱高压空气调压阀(172)，使得水箱(17)内空气压力高于现场测试位置的地层孔隙水压力，打开上部土层进水管(9)和下部土层进水管(10)上进水调压阀门(11)，水箱(15)内的脱气水向上部土层(5)、下部土层(7)充水，并使得上部土层(5)、下部土层(7)孔隙水压力与现场测试位置孔隙水压力相等；
步骤5：当与上部土层(5)或下部土层(7)相连的排水管(8)内不再有气泡排出，水流稳定排出后，关闭排水阀门(81)，记录下水箱(15)和带刻度支管(181)内此时的水位高度；
步骤6：在浆液的固结过程中，每隔一定时间，记录一次水箱(15)、带刻度支管(181)内的水位高度和上部土层进水管(9)、下部土层进水管(10)上的液体自动流量计(13)读数、土压力计(21)和孔隙水压力计(22)读数；
步骤7：计算总体积收缩量、硬化体积收缩量和浆液渗入土层水量，浆液固结导致的总体积收缩通过读取带刻度支管(181)水位的降低值与试验桶的截面积乘积计算，浆液(6)分别渗入上部土层(5)、下部土层(7)的水量通过液体自动流量计(13)读出，渗入上部土层(5)、下部土层(7)的总水量通过水箱(15)内水位的增加值与水箱(15)的截面积乘积计算得出，浆液硬化导致的体积收缩量为总体积收缩减去渗入土层水量。
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