CN110344783B - 喷射注浆模拟实验装置及利用该装置形成固结体和检验喷嘴水力性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种喷射注浆模拟实验装置及利用该装置形成固结体和检验喷嘴水力性能的方法，涉及岩土体加固技术领域，包括浆液供给组件和喷射浆液的喷嘴，以及将浆液从高压浆液供给组件输送到喷嘴的输浆管，喷嘴固定于升降机构上，喷嘴置于岩土层模拟箱中，喷嘴上还设置有驱动其转动的转动机构，通过升降机构和转动机构控制喷嘴的移动和转动，从而在实验室模拟实际的喷射注浆过程，以便形成不同形状的固结体。本发明可使原本处于地下不可视的喷射注浆过程变得可视化，为更好地研究喷射注浆加固岩土体的机理创造了必要的条件，从而解决了现有技术中喷射注浆施工质量难以把控的问题，为更好地实施喷射注浆作业提供科学的指导依据。

Description

喷射注浆模拟实验装置及利用该装置形成固结体和检验喷嘴 水力性能的方法

技术领域

本发明涉及岩土体加固技术领域，特别是涉及一种喷射注浆模拟实验装置及利用该装置形成固结体和检验喷嘴水力性能的方法。

背景技术

喷射注浆是结合静压注浆技术和水射流技术将水泥浆液或其它具有填充、胶结、固化性能的浆液注入到岩土层中的孔隙、裂隙或空洞中并使其扩散，经过一定时间后，浆液凝结硬化，以减少岩土层的渗透性和增加岩土层的强度及稳定性，从而达到对岩土层进行加固、防渗的目的。

喷射注浆可形成不同形状的固结体，这主要取决于喷射流的移动方向。根据喷射流移动的方向不同一般可分为：旋转喷射(旋喷)、定向喷射(定喷)和摆动喷射(摆喷)。旋喷法施工的关键步骤在于喷嘴一边喷射水泥浆一边旋转并提升，所形成的固结体呈圆柱状；定喷法施工的关键步骤在于喷嘴一边喷射水泥浆一边提升，喷射的方向固定不变，所形成的固结体呈板状或壁状；摆喷法施工的关键在于喷嘴一边喷射水泥浆一边提升，喷射的方向绕圆周呈较小角度的往复摆动，所形成的固结体呈较厚的墙状。

喷射注浆所形成的固结体直接关系到被加固土体的加固强度，由于野外实际的喷射注浆作业是在地下且不可视条件下实施的，为了检测喷射注浆的施工质量，通常会采用开挖检查、钻孔取样、标准贯入试验(SPT)、载荷试验、渗透试验等方法来获取固结体的性能指标参数，这些方法在野外现场实际操作上均较为复杂，如果可以在喷射注浆之前对喷射注浆的各工艺参数和喷射注浆对岩土体的加固机理有较为深入的认知，便可更加高效且高质量地实施喷射注浆作业。

此外，喷嘴是喷射注浆作业中的关键执行元件，其水力性能的优劣直接决定着喷射注浆作业的效率和质量，因而对喷嘴的内部流道结构进行优化，使用具有优异水力性能的喷嘴是十分必要的。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种喷射注浆模拟实验装置，使原本处于地下不可视的喷射注浆过程变得可视化，为更好地研究喷射注浆加固岩土体的机理创造了必要条件，解决了现有技术中喷射注浆施工质量难以把控的问题，为更好地实施喷射注浆作业提供了科学的指导依据。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种喷射注浆模拟实验装置，其包括浆液供给组件和喷射浆液的喷嘴以及将浆液从浆液供给组件输送到喷嘴的输浆管，喷嘴固定于升降机构上；浆液供给组件包括连通的搅拌机和储浆箱以及将储浆箱中的浆液进行抽吸并泵送到喷嘴中的注浆泵；

升降机构包括丝杠和驱动丝杠旋转的第一电机，丝杠的丝杠螺母上可拆卸连接有过渡接头组件，过渡接头组件包括与丝杠螺母连接的连接盘以及两端分别连接输浆管且中空的过渡接头，连接于过渡接头两端的输浆管分别为柔性输浆管和刚性输浆管，刚性输浆管远离过渡接头的一端连接有喷嘴。

进一步地，还包括岩土层模拟箱，岩土层模拟箱为顶部开口且底部密封的透明箱体，箱体内设置有盛装岩土层的岩土层腔，喷嘴置于岩土层腔中，喷嘴上还设置有驱动其转动的第一转动机构。在透明的箱体中填充岩土层来模拟待加固地层环境，透明的箱体利于观察、记录箱体中浆液的流动及固结情况。

进一步地，箱体为矩形箱体，箱体的侧壁上设置有活动门，活动门与箱体的相交处设置有密封件。密封件保证了活动门在关闭时箱体底部的密封性，活动门用于在向箱体中填充岩土层和对箱体中的固结体进行取样时打开，以方便操作，简化操作步骤。

进一步地，第一转动机构设置于刚性输浆管上，刚性输浆管包括固定连接于过渡接头上的外管和与第一转动机构同轴连接的内管，喷嘴连接于内管上，内管转动连接于外管内且内部连通。第一转动机构带动内管转动，进而带动喷嘴同步转动，从而可通过控制第一转动机构的转动来控制喷嘴的转动。

进一步地，外管位于内管的上部，外管内密封设置有容纳腔，内管位于容纳腔中的侧壁上设置有贯穿其的流通孔。浆液流入容纳腔中，通过流通孔流入内管中，该结构既保证了外管和内管之间可以相对转动，又不影响浆液从外管流进内管中。

进一步地，利用上述实验装置模拟喷射注浆形成固结体的方法，其包括如下步骤：

步骤1：在底部密封的箱体中放置一个空心圆柱模具，在空心圆柱模具与箱体内壁之间填入岩土，并使该岩土形成的岩土层的性能达到欲模拟的野外实际的岩土性能指标值，然后取出空心圆柱模具，从而可在该处形成圆孔，即为模拟的注浆孔；

步骤2：将喷嘴置于注浆孔中，同时按照预定的浆体材料配比和添加顺序，在搅拌机内配制浆液；

步骤3：开启注浆泵，浆液通过喷嘴的内腔后形成高压射流，并喷射在注浆孔的内壁上，通过调整注浆泵上对应的阀门调整喷射注浆的压力值和流量值；

步骤4：控制第一转动机构的转速或转动角度来控制喷嘴的转速或转角，和/或控制升降机构上的第一电机的转速和转动角度来控制喷嘴沿注浆孔轴向的移动速度和移动距离；

步骤5：待浆液凝结硬化后，再对经过喷射注浆加固后的岩土层进行观测或取样检测。

进一步地，该喷射注浆模拟实验装置还包括与喷嘴的喷嘴口相对设置的靶盘，靶盘背向喷嘴的一端固定连接有螺杆，螺杆的另一端连接有第二转动机构，螺杆的中部套接有螺套，螺套固定连接于实验台上，靶盘和喷嘴均置于隔液管中。螺套被固定，通过第二转动机构驱动螺杆转动即可方便快速地调节靶盘与喷嘴之间的距离，以满足实验要求。隔液管用于将喷嘴喷射出的浆液限制在一个封闭的区域内，避免了浆液对实验环境造成污染，也可防止外界环境对实验造成影响。

进一步地，隔液管的底部设置有出液口，出液口的下方设置有收集箱，收集箱通过管道与浆液供给组件连通。实验过程中的浆液流入收集箱中并输送到浆液供给组件中继续供实验使用，避免了浆液的浪费以及保证了实验环境的整洁。

进一步地，连通收集箱与储浆箱的管道上设置有循环泵。

进一步地，利用上述实验装置检验喷嘴水力性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：向刚性输浆管上装上待测喷嘴，并记录该喷嘴内部流道的结构参数，转动螺杆调整靶盘相对于喷嘴出口的直线距离；

步骤2：开启注浆泵，高压浆液从待测喷嘴出口高速喷出后形成高压射流并喷向靶盘的表面，同时采集并记录靶盘受到的射流打击力值和动压力值。

步骤3：在相同实验条件下，更换不同类型的待测喷嘴，重复以上步骤，根据打击力值和动压力值选出水力特性最好的喷嘴类型；

步骤4：以步骤3优选出的水力特性最好的喷嘴类型作为待测喷嘴，在相同条件下，对具有不用内部流道结构参数的喷嘴按照步骤1和步骤2分别进行实验；

步骤5：选择合适的正交试验表，以待测喷嘴内部流道的结构参数分别确定正交表的因素和水平，以对应喷嘴产生的射流打击力值和动压力值来综合判断待测喷嘴的水力性能的优劣，从而对喷嘴内部流道的结构进行优化。

本发明的有益效果为：

通过利用本方案中的喷射注浆模拟实验装置，由于储存模拟地下岩土层的箱体为透明材质，使原本处于地下且不可视的喷射注浆作业过程变得可视化，且箱体上设计有活动门方便拆装，从而能够很方便地对喷射注浆实验结束后的固结体进行原位观测、分析或取样测试，因而相比于实际的处于地下隐蔽条件下的喷射注浆作业，能够更好地观察喷射注浆实验的全过程，同时也能够更方便地探究喷射注浆对不同岩土体的加固作用机理。

此外，本实验装置能够对喷射注浆过程中的多个工艺参数，包括：喷射注浆的喷射压力、喷射流量、喷射位置、喷嘴升降速度、喷嘴升降距离、喷嘴旋转速度和喷嘴旋转角度进行调控，能够很好地模拟实际喷射注浆过程中常用的三种作业方式：旋喷、定喷和摆喷，从而研究不同的喷射注浆工艺参数、不同的浆液、不同的岩土层对喷射注浆质量的影响规律，进一步提升对喷射注浆加固岩土的作用机理的认知水平，在实际的喷射注浆作业中可根据现场的实际情况选择最合适的作业方式和工艺参数，从而有效提升喷射注浆的作业效率和作业质量，为实际的喷射注浆作业提供科学的指导依据。

本方案中的喷射注浆模拟实验装置还能够测试不同类型和不同结构参数的喷嘴的水力性能，综合运用正交试验设计法不断优化喷嘴的内部流道结构，从而得到具有优异水力性能的喷嘴，可为后续进行的实际的喷射注浆作业提供更加适宜的喷嘴。

附图说明

图1为模拟喷射注浆形成固结体的实验装置的结构示意图。

图2为检验喷嘴水力性能的实验装置的结构示意图。

图3为图1或图2中升降机构的结构示意图。

图4为图3中过渡接头组件的结构示意图。

图5为图1中岩土层模拟箱的结构示意图。

图6为图1中岩土层模拟箱的活动门打开时的结构示意图。

图7为图1中刚性输浆管竖管部分的结构示意图。

图8为图7中内管的结构示意图。

其中，1、浆液供给组件；11、搅拌机；12、储浆箱；13、注浆泵；2、喷嘴；3、输浆管；31、柔性输浆管；32、刚性输浆管；321、外管；3211、容纳腔；322、内管；3221、流通孔；4、升降机构；41、丝杠；411、丝杠螺母；42、第一电机；43、过渡接头组件；431、连接盘；432、过渡接头；5、岩土层模拟箱；51、箱体；511、活动门；512、密封件；52、岩土层腔；53、注浆孔；6、第一转动机构；7、靶盘；71、螺杆；72、螺套；73、第二转动机构；8、隔液管；81、出液口；9、收集箱；10、循环泵。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1～图8所示，该喷射注浆模拟实验装置既可用于测试在喷射注浆作业中最关键的执行元件喷嘴的水力性能，又可以研究喷射注浆作业中各工艺参数对作业质量和效率的影响规律以及喷射注浆加固岩土的作用机理。上述两种实验的装置在喷嘴2之前的结构均相同：

包括浆液供给组件1和喷射浆液的喷嘴2以及将浆液从浆液供给组件1输送到喷嘴2的输浆管3，喷嘴2固定于升降机构4上；升降机构4包括丝杠41和驱动丝杠41旋转的第一电机42，丝杠41的丝杠螺母411上可拆卸连接有过渡接头组件43，过渡接头组件43包括与丝杠螺母411连接的连接盘431以及两端分别连接输浆管3且中空的过渡接头432，连接于过渡接头432两端的输浆管3分别为柔性输浆管31和刚性输浆管32，刚性输浆管32远离过渡接头432的一端连接有喷嘴2；浆液供给组件1包括连通的搅拌机11和储浆箱12以及将储浆箱12中的浆液进行抽吸并泵送到喷嘴2中的注浆泵13。

其中，搅拌机11用于搅拌制备喷射注浆用的浆液，可根据实验需求购置或自行设计加工制造；储浆箱12用于存储浆液；注浆泵13采用高压注浆泵，用于抽吸、泵送高压浆液，并且可通过该注浆泵13调节进入喷嘴2内的浆液的压力和流量。为了防止浆液在储浆箱12中发生变性(比如水泥浆液颗粒沉淀、浆液凝结硬化等)，可以在储浆箱12的上方配置合适大小的桨叶对置于其内的浆液进行不间断地缓慢搅拌。高压注浆泵13抽吸储浆箱12内的浆液，并泵送浆液流经柔性输浆管31、过渡接头432和刚性输浆管32到达喷嘴2中，最终浆液从喷嘴2的出口高速喷射出形成高压射流的浆液(即为高压喷射注浆)。

当使用本实验装置用于测试喷嘴的水力性能时，在喷嘴2的出口相对位置处设置有靶盘7，靶盘7通过背面与螺杆71的一端固定连接，螺杆71的另一端固定连接有第二转动机构73。螺套72固定焊接于一个支杆上，支杆被固定于实验台或地面上，螺杆71穿过螺套72并通过螺套72支撑，使得螺杆71平行于地面。第二转动机构73可以为转动手摇柄，也可以为电机。通过第二转动机构73带动螺杆71转动，由于螺杆71与螺套72螺纹配合，在旋转螺杆71的过程中，螺杆71与螺套72势必会产生沿其轴向的相对移动，而螺套72被固定，所以螺杆71会沿其轴向移动，与螺杆71固定在一起的喷嘴2会随着移动，从而调整喷嘴2的出口与靶盘7之间的直线距离，该直线距离即为喷射靶距。

喷嘴2的出口和靶盘7均置于隔液管8中，隔液管8为采用透明的有机玻璃、聚碳酸酯、塑料管或树脂材料等制成的透明管，其内径应大于喷嘴2所喷射浆液的径向尺寸，其轴向长度应满足实验对射流喷射靶距的要求。隔液管8通过支架稳定支撑于实验台或地面上。隔液管8的底壁为两侧往中心向下倾斜的结构，在底壁的最低处设置有出液口81，出液口81的下方设置有收集箱9，收集箱9通过管道与储浆箱12连通，在该管道上设置有循环泵10，用于将收集箱9内的浆液抽吸到储浆箱12中，回收后的浆液可继续用于实验，从而为实验流体的闭式循环和重复利用提供了保障，同时还有益于维护实验室的清洁。

在靶盘7上可安装两种不同的传感器用于检测喷嘴2的水力性能(产生射流的效果)：其一是在靶盘7中心位置钻孔，并在该孔处靶盘7的背面安装称重传感器，通过称重传感器测得的数据可得到喷嘴2产生射流的实时打击力值；其二是在靶盘7上以其中心位置为起点，沿圆周方向和径向均匀且间隔地钻若干孔，并在这些孔位处安装压力传感器，通过这些压力传感器可测得射流横断面上对应位置处的动压力值。至于称重传感器或压力传感器的具体型号需根据具体的测值范围进行选择，两种传感器均为常规传感器，对于本领域技术人员来说选择两种传感器为常规技术手段，此处不赘述。

使用上述实验装置测试喷嘴的水力性能时，首先向刚性输浆管32上装上待测喷嘴2，并记录该喷嘴2内部流道的结构参数，转动螺杆71调整好射流的喷射靶距，然后开启注浆泵13，高压浆液从待测喷嘴2出口高速喷出后形成高压射流并喷向靶盘7的表面，当高压浆液打击到靶盘7表面后，通过称重传感器实时测出的打击力值，或由多个压力传感器实时检测出的射流断面上若干点的动压力值，经数据采集设备、上位机软件等配套元件实时传输至控制台的显示屏幕上，并将它们记录下来，可以这些数据作为综合评价不同喷嘴水力性能的指标。另外还需提取本次实验当中所使用的喷嘴内部流道的结构参数(不同类型不同结构的喷嘴，其参数不同，应具体分析)，利用正交试验设计法，选取适宜的正交试验表，并以喷嘴2内部流道的结构参数分别确定合适的因素和水平，通过在相同实验条件下由不同待测喷嘴产生射流对应的打击力值和动压力值来综合判断喷嘴2的水力性能的优劣。

当使用本实验装置用于研究喷射注浆中各工艺参数对作业效率和质量的影响规律以及喷射注浆加固岩土的作用机理时，将安装喷嘴2的刚性输浆管32更换为适于本实验中的结构。该刚性输浆管32包括横管和竖管两部分。横管部分的一端密封连接于过渡接头432上，另一端连接在竖管部分的外管321上。竖管部分还包括内管322，喷嘴2螺纹密封连接于内管322的下端。外管321与内管322相互嵌套且位于其上部，即内管322的外壁上设置有环形槽，对应的外管321上设置有环形凸台，环形凸台卡于环形槽中，从而限制外管321与内管322轴向上的相对运动，而不影响圆周上的相对转动。外管321与内管322之间的转动连接除了上述结构外，也可采用在外管321上的环形凸台位置安装轴承，内管322与该轴承内圈固定且密封连接的方式实现，或者是机械领域内的其他常用连接方式来实现转动加密封的连接均可，此处不赘述。

外管321内设置有容纳腔3211，内管322位于容纳腔3211中的侧壁上设置有贯穿其的流通孔3221，流通孔3221为条形、圆形或其它适宜加工且能够满足浆液流通的形状和规格。容纳腔3211的两端需进行密封处理保证容纳腔的密封性，可采用密封圈或其它适宜的密封措施。浆液进入容纳腔3211后流经流通孔3221后进入内管322中。第一转动机构6为电机。

内管322带着喷嘴2伸入岩土层模拟箱5中的注浆孔53中。岩土层模拟箱5包括顶部开口且底部密封的透明箱体51，箱体51的内腔为盛装模拟岩土层的岩土层腔52。

箱体51为矩形箱体，箱体51的其中两个相邻侧壁与底板为一体，另外两个侧壁构成活动门511，该两个侧壁分别通过合页铰接于与其相邻的固定侧壁上，在两个活动侧壁相交边缘上安装有压紧锁，压紧锁可使两个活动侧壁牢固地锁紧。在两个活动侧壁内侧且与底板接触处加工有凹槽，在底板上凹槽对应的位置处设置有凸缘，凸缘上包裹有密封条，在关闭活动门511时，凸缘插入凹槽中，并通过密封条密封缝隙，使箱体底部密封。

在箱体51底板的中部即注浆孔53的下方设置有排液孔，排液孔通过排液管与储浆箱12连通。通过排液孔可将实验产生的多余浆液排到储浆箱12中，在排液管上安装有截止阀，截止阀可选择手动调节式，也可为气动截止阀。排液管上还连接有循环泵10，用于抽吸浆液，使浆液能够更加顺利地流入储浆箱12中。

在进行喷射注浆实验开始前，在箱体51内平整地铺设透明隔水材料(如：透明塑料布)，在排液孔位置预留与排液孔等大的缺口，并在其它部位，尤其是接缝处，做好防渗漏密封处理，而后将活动门511锁紧使箱体51中形成完整的储土空间，并在其中心位置放置一个空心圆柱模具，然后在空心圆柱模具与箱体51内壁之间填入岩土，并使岩土层的各项性能指标达到欲模拟的野外实际的岩土性能指标值，然后取出空心圆柱模具，从而在此处形成模拟的注浆孔53。

将喷嘴2置于注浆孔53中，同时按照预定的浆液材料配比和添加顺序，在搅拌机11内配制浆液。开启注浆泵13，浆液通过喷嘴2的内腔后形成高压射流，并喷射在注浆孔53的内壁上，通过调整注浆泵13上对应的阀门调整喷射注浆的压力值和流量值。

根据实验需要，通过控制第一转动机构6的转速或转动角度来控制喷嘴2的转速或转角，和/或控制升降机构4上的第一电机42的转速来控制喷嘴2沿注浆孔轴向的移动速度，通过控制第一电机42转动的角度来控制喷嘴2沿注浆孔轴向的移动距离，从而模拟旋转喷射、定向喷射或摆动喷射时的作用工况，以及在岩土层中形成相应的固结体。待浆液凝结硬化后，对经过喷射注浆加固后的岩土层进行观测，也可从岩土层模拟箱5的顶部向下或者通过打开活动门511，对岩土层的任意部位进行取样检测，或者采用声波检测等检测手段来检测喷射注浆的作业质量。

在实验过程中，可通过操控排液管上的截止阀调节注浆孔53内积蓄的浆液容量。实验人员可通过透明的箱体51观察到浆液射流对岩土层的切割、破碎、搅拌混合，以及浆液在岩土层中的流动、凝结硬化等过程；为了更加便于观察喷射注浆的整个过程，探究喷射注浆加固岩土的作用机理，还可以将岩土层替换为满足实验要求的透明土。

Claims (9)

1.一种喷射注浆模拟实验装置，其特征在于，包括浆液供给组件(1)和喷射浆液的喷嘴(2)，以及将浆液从所述浆液供给组件(1)输送到所述喷嘴(2)的输浆管(3)，所述喷嘴(2)固定于升降机构(4)上；

浆液供给组件(1)包括连通的搅拌机(11)和储浆箱(12)，以及将所述储浆箱(12)中的浆液进行抽吸并泵送到所述喷嘴(2)中的注浆泵(13)；

所述升降机构(4)包括丝杠(41)和驱动所述丝杠(41)旋转的第一电机(42)，所述丝杠(41)的丝杠螺母(411)上可拆卸连接有过渡接头组件(43)，所述过渡接头组件(43)包括与丝杠螺母(411)连接的连接盘(431)以及两端分别连接所述输浆管(3)且中空的过渡接头(432)，连接于所述过渡接头(432)两端的输浆管(3)分别为柔性输浆管(31)和刚性输浆管(32)，所述刚性输浆管(32)远离所述过渡接头(432)的一端连接有所述喷嘴(2)；

所述喷嘴(2)上还设置有驱动其转动的第一转动机构(6)，所述第一转动机构(6)设置于所述刚性输浆管(32)上，所述刚性输浆管(32)包括固定连接于所述过渡接头(432)上的外管(321)和与第一转动机构(6)同轴连接的内管(322)，所述喷嘴(2)连接于所述内管(322)上，所述内管(322)转动连接于所述外管(321)内且内部连通。

2.根据权利要求1所述的喷射注浆模拟实验装置，其特征在于，还包括岩土层模拟箱(5)，所述岩土层模拟箱(5)为顶部开口且底部密封的透明箱体(51)，所述箱体(51)内设置有盛装岩土层的岩土层腔(52)，所述喷嘴(2)置于所述岩土层腔(52)中。

3.根据权利要求2所述的喷射注浆模拟实验装置，其特征在于，所述箱体(51)为矩形箱体，所述箱体(51)的侧壁上设置有活动门(511)，所述活动门(511)与所述箱体(51)的相交处设置有密封件(512)。

4.根据权利要求1所述的喷射注浆模拟实验装置，其特征在于，所述外管(321)位于所述内管(322)的上部，所述外管(321)内密封设置有容纳腔(3211)，所述内管(322)位于所述容纳腔(3211)中的侧壁上设置有贯穿其的流通孔(3221)。

5.根据权利要求1所述的喷射注浆模拟实验装置，其特征在于，还包括与所述喷嘴(2)的喷嘴口相对设置的靶盘(7)，所述靶盘(7)背向所述喷嘴(2)的一端固定连接有螺杆(71)，所述螺杆(71)的另一端连接有第二转动机构(73)，所述螺杆(71)的中部套接有螺套(72)，所述螺套(72)固定连接于实验台上，所述靶盘(7)和所述喷嘴(2)均置于隔液管(8)中。

6.根据权利要求5所述的喷射注浆模拟实验装置，其特征在于，所述隔液管(8)的底部设置有出液口(81)，所述出液口(81)的下方设置有收集箱(9)，所述收集箱(9)通过管道与所述储浆箱(12)连通。

7.根据权利要求6所述的喷射注浆模拟实验装置，其特征在于，连通所述收集箱(9)与所述储浆箱(12)的管道上设置有循环泵(10)。

8.一种利用2～4任一所述的实验装置模拟喷射注浆形成固结体的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在底部密封的箱体(51)中放置一个空心圆柱模具，在空心圆柱模具与箱体(51)内壁之间填入岩土，并使该岩土形成的岩土层的性能达到欲模拟的野外实际的岩土层性能指标值，然后取出空心圆柱模具，从而在该处形成圆孔，即为模拟的注浆孔(53)；

步骤2：将喷嘴(2)置于注浆孔(53)中，同时按照预定的浆体材料配比和添加顺序，在搅拌机(11)内配制浆液；

步骤3：开启注浆泵(13) ，浆液通过喷嘴(2)的内腔后形成高压射流，并喷射在注浆孔(53)的内壁上，通过调整注浆泵(13)上对应的阀门调整喷射注浆的压力值和流量值；

步骤4：控制第一转动机构(6)的转速或转动角度来控制喷嘴(2)的转速或转角，和/或控制升降机构(4)上的第一电机(42)的转速和转动角度来控制喷嘴(2)沿注浆孔(53)轴向的移动速度和移动距离；

步骤5：待浆液凝结硬化后，再对经过喷射注浆加固后的岩土层进行观测或取样检测。

9.一种利用5～7任一所述的实验装置检验喷嘴水力性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：向刚性输浆管(32)上装上待测喷嘴(2) ，并记录该喷嘴(2)内部流道的结构参数，转动螺杆(71)调整靶盘(7)相对于喷嘴(2)出口的直线距离；

步骤2：开启注浆泵(13)，高压浆液从待测喷嘴(2)出口高速喷出后形成高压射流并喷向靶盘(7)的表面，同时采集并记录靶盘(7)受到的射流打击力值和动压力值；

步骤3：在相同实验条件下，更换不同类型的待测喷嘴(2)，重复以上步骤，根据打击力值和动压力值选出水力特性最好的喷嘴类型；

步骤4：以步骤3优选出的水力特性最好的喷嘴类型作为待测喷嘴(2)，在相同条件下，对具有不同的内部流道结构参数的喷嘴(2)按照步骤1和步骤2分别进行实验；

步骤5：选择合适的正交试验表，以待测喷嘴(2)内部流道的结构参数分别确定正交表的因素和水平，以对应喷嘴(2)产生的射流打击力值和动压力值来综合判断待测喷嘴(2)的水力性能的优劣，从而对喷嘴(2)内部流道的结构进行优化。

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