CN111998890A - 一种基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统 - Google Patents

一种基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统，包括：密封装置，其为中空的密封箱体状，其内部填充有模拟地层环境的颗粒状固体填充物；渗流系统，其连通于所述密封装置，用于向所述密封装置内输入渗流液，使所述密封装置内部形成渗流环境；注浆系统，其连通于所述密封装置，用于朝所述密封装置内注入注浆液，用于修补所述密封装置内形成的渗流环境；监测系统，其设置于所述密封装置内对所述密封装置内的环境进行监控；其中，所述密封装置的底部设置有若干可开合的卸砂孔。可广泛应用于地下工程施工技术领域。

Description

一种基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统
技术领域
本发明涉及地下工程施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统。
背景技术
在基坑、隧道等一些工程中，当遇到富水且埋深很大地层施工环境时，发生渗漏的风险很高。当渗漏险情发生时，涌水涌砂会对已有结构产生严重不利影响，可能会进一步引起地表沉降。注浆加固往往是一种重要的抢险手段，可以快速封堵渗流通道，有效控制事态进一步恶化，但注浆加固也存在明显的缺点，由于地层中土体颗粒间的孔隙无法明确，浆液会随着这些孔隙形成的通道进行流动，因此浆液的流动路径无法有效识别，只能任由浆液在土体中流动，无法明确注浆方案(工艺、孔位、孔数)对地层内部土体的影响，这使得注浆堵漏的可控性不高，这样势必会浪费宝贵的抢险时机。通过在工程现场无法对注浆堵漏进行直接观察，而用一些检测手段来明确注浆效果，准确性和实效性并不高。因此，通过模型试验对注浆堵漏时土体内部的变化进行有效识别和观察，明确注浆方案对土体的影响，成为唯一的途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统，其包括：
密封装置，其为中空的密封箱体状，其内部填充有模拟地层环境的颗粒状固体填充物；
渗流系统，其连通于所述密封装置，用于向所述密封装置内输入渗流液，使所述密封装置内部形成渗流环境；
注浆系统，其连通于所述密封装置，用于朝所述密封装置内注入注浆液，用于修补所述密封装置内形成的渗流环境；
监测系统，其设置于所述密封装置内对所述密封装置内的环境进行监控；
其中，所述密封装置的底部设置有若干可开合的卸砂孔。
优选地，所述密封装置包括顶板和底板，所述顶板包括盖板以及设置在密封装置内位于所述盖板正下方的承压板，所述承压板可在外部推力作用下靠近或远离所述盖板；
所述盖板顶部还设置有若干液压伸缩装置，其均包括竖直朝下且穿设过盖板至承压板顶部的伸缩端部，该伸缩端部固定连接所述承压板，并通过所述伸缩端部的伸缩量控制所述承压板位移量。
优选地，所述渗流系统包括，
水箱，用于储存所述渗流液；
输水管道，其一端连通所述水箱，所述输水管道的另一端连通所述密封装置；
水泵，设置在所述输水管道上；
控制阀，设置所述输水管道上靠近所述水箱的节段，用于控制水压。
优选地，所述渗流系统还包括，
液位变送器，其为竖向设置的密封容器，其底部通过输水分管连通于所述密封装置，所述液位变送器内位于液面上方的部分连通一输气管道，所述输气管道还连通一可调节气压大小的供气装置。
优选地，所述注浆系统包括，
储浆罐，用于储存所述注浆液；
注浆管道，其一端连通所述储浆罐，所述注浆管道的另一端连通所述密封装置；
注浆泵，其设置在所述注浆管道上。
优选地，所述承压板的周向侧壁与所述立方体的内侧壁之间设置有第一密封体；
所述第一密封体包括，上下设置的两层橡胶皮，其分别对应贴合设置在所述承压板的顶部和底部的周向外棱边与所述立方体的内侧壁接触部位。
优选地，所述承压板与所述盖板之间形成密封腔体，且所述盖板的顶部分别设置有出气孔和进气孔，所述进气孔充气与所述出气孔放气同步进行。
优选地，所述密封装置还包括设置在顶板和底板之间围设形成方环状的两对侧板，两对所述侧板中，分别设置有若干渗漏孔和侧板注浆孔，以及所述顶板上也设置有若干顶部注浆孔。
优选地，所述侧板上还设置有钢化玻璃观测窗。
优选地，所述监测系统包括埋设在所述密封装置内的流速传感器、位移计以及压力计。
本发明至少包括以下有益效果：
1、结构稳定，通过模拟地层环境，可较为直观地观测地层的渗漏现象，进而能够针对性地对实际地层的渗漏环境提出有效的解决方案。
2、克服了注浆堵漏现场无法对渗流破坏以及注浆加固效果进行有效观察和控制的问题。
3、设置了水土分开加载的模拟环境，通过千斤顶加承压板对土层加压的方式模拟地层压力，通过渗流系统供水模拟地下水压，进而能够使试验的变量可控。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统的结构示意图；
图2为本发明盖板、承压板的连接结构示意图；
图3为本发明橡胶皮的结构示意图；
说明书附图标记说明：1、密封装置，2、渗流系统，3、注浆系统，4、顶板，5、液压伸缩装置，6、输水管道，7、水箱，8、液位变送器，9、渗漏孔，10、侧板注浆孔，11、钢化玻璃观测窗，12、卸砂孔，13、储浆罐，14、注浆泵，15、注浆管道，16、盖板，17、承压板，18、橡胶皮，19、进气孔，20、出气孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-3所示，一种基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统，其包括：
密封装置1，其为中空的密封箱体状，其内部填充有模拟地层环境的颗粒状固体填充物；
渗流系统2，其连通于所述密封装置1，用于向所述密封装置1内输入渗流液，使所述密封装置1内部形成渗流环境；
注浆系统3，其连通于所述密封装置1，用于朝所述密封装置1内注入注浆液，用于修补所述密封装置1内形成的渗流环境；
监测系统，其设置于所述密封装置1内对所述密封装置1内的环境进行监控；
其中，所述密封装置1的底部设置有若干可开合的卸砂孔12。
在上述技术方案中，通过密封装置1、渗流系统2以及注浆系统3的相互配合达到模拟地层环境试验效果，以便能够直观地观测地层渗流环境的形成规律，进而提出解决适应于不同地层环境渗流技术问题的技术方案；
其中，密封装置1内可填充有模拟地层环境的颗粒状固体填充物，可以是不同粒径、不同硬度质量、不同密度的土体颗粒，形成多种地层试验环境，然后通过渗流系统2往密封装置1内输入渗流液，比如清水或者富液，对密封装置1内的土体环境进行破坏性随机扩散，在密封装置1外侧可直观观测到渗流液的流向和扩散规律情况，最后将被渗流液扩散破坏后的渗流环境进行注浆修复。
进一步地，所述密封装置可设置为装配式结构，通过预先按照尺寸预制好若干构件，以及每个构件上设置的连通孔位，包括注浆孔、渗流孔、卸砂孔等，然后将所有构件拼装形成完整的箱体结构；
上述若干构件包括构成密封箱体的顶板、底板、以及侧板，同时各顶板、底板、以及侧板可根据实际的试验需求进行合理化调整。
在另一种技术方案中，所述密封装置1包括顶板4和底板，所述顶板4包括盖板16以及设置在密封装置1内位于所述盖板16正下方的承压板17，所述承压板17可在外部推力作用下靠近或远离所述盖板16；
所述盖板16顶部还设置有若干液压伸缩装置5，其均包括竖直朝下且穿设过盖板16至承压板17顶部的伸缩端部，该伸缩端部固定连接所述承压板17，并通过所述伸缩端部的伸缩量控制所述承压板17位移量。
在上述技术方案中，利用液压伸缩装置5对承压板17进行竖向施压，以模拟形成不同压力的地层环境，伸缩装置可以为但不仅限采用液压千斤顶。
在另一种技术方案中，所述渗流系统2包括，
水箱7，用于储存所述渗流液；
输水管道6，其一端连通所述水箱7，所述输水管道6的另一端连通所述密封装置1；
水泵，设置在所述输水管道6上；
控制阀，设置所述输水管道6上靠近所述水箱7的节段，用于控制水压。
在另一种技术方案中，所述渗流系统2还包括，
液位变送器8，其为竖向设置的密封容器，其底部通过输水分管连通于所述密封装置1，所述液位变送器8内位于液面上方的部分连通一输气管道，所述输气管道还连通一可调节气压大小的供气装置。
在上述技术方案中，水箱7内装填渗流液，利用输水管道6抽取渗流液至密封装置1内，形成渗流环境，以及通过水泵和控制阀的配合以控制水压的大小。
在另一种技术方案中，所述注浆系统3包括，
储浆罐13，用于储存所述注浆液；
注浆管道15，其一端连通所述储浆罐13，所述注浆管道15的另一端连通所述密封装置1；
注浆泵14，其设置在所述注浆管道15上。
在另一种技术方案中，所述承压板17的周向侧壁与所述立方体的内侧壁之间设置有第一密封体；
所述第一密封体包括，上下设置的两层橡胶皮18，其分别对应贴合设置在所述承压板17的顶部和底部的周向外棱边与所述立方体的内侧壁接触部位。
在上述技术方案中，通过第一密封体来保障密封装置1内部的压力稳定性，使密封装置1内部的土体始终保持压密的高度模拟地层状态。
在另一种技术方案中，所述承压板17与所述盖板16之间形成密封腔体，且所述盖板16的顶部分别设置有出气孔20和进气孔19，所述进气孔19充气与所述出气孔20放气同步进行。
为保障第一密封体的密封性，在承压板17与盖板16之间设置一密封的腔体，以及在腔体外侧壁设置进气孔19和出气孔20，通过在进气孔19持续不断地充气，腔体内充满气体压迫至承压板17周侧的第一密封体上，达到密封目的。
在另一种技术方案中，所述密封装置1还包括设置在顶板4和底板之间围设形成方环状的两对侧板，两对所述侧板中，分别设置有若干渗漏孔9和侧板注浆孔10，以及所述顶板4上也设置有若干顶部注浆孔。
在上述技术方案中，在做渗流试验时，通过侧板上设置的渗漏孔9实现渗流液的注入，以完成渗流试验；在做注浆试验时，通过侧板设置的注浆孔10及顶板注浆孔实现注浆液的注入，进而完成注浆试验。
在另一种技术方案中，所述侧板上还设置有钢化玻璃观测窗11。
在另一种技术方案中，所述监测系统包括埋设在所述密封装置1内的流速传感器、位移计以及压力计。
本技术方案的注浆堵漏模型试验系统的试验操作步骤包括：
1)根据模拟的具体工程确定试验设备模拟的地层状况，选定土体参数(土的类别、地层深度)，进行土层填筑，通过伺服控制由千斤顶1向承压板17施加压力，模拟地层压力；
2)向箱体盖板16和承压板17之间施加气压，通过盖板16上的通气孔10往里面加气压，气压过高时可以通过盖板16上的透气孔往外排出部分气体，进气孔19和出气孔20共同调节盖板16和承压板17之间的气压值，在气压的作用下橡胶皮18不会发生翘起，保证承压板17边缘与箱体之间的橡胶皮18到密封作用；
3)采用皮带或者起重设备协助往箱体中装土，在模型箱底部设置卸砂孔12，将模型箱整体搭设支撑结构，或者箱体的一边放在试验台上另一边搭设支架，使底板全部悬空或者部分悬空，方便从底板打开卸砂孔12卸砂，或者打开箱体侧面协助取出内部土体；
4)根据实际工程中可能出现的渗漏工况，制定渗漏方案(渗流方向、渗漏孔9个数、渗漏部位、渗漏流量、渗流压力)，在箱体上选择合适的渗漏部位，安装渗漏孔9承插板3；根据渗漏量以及渗流速度确定渗流系统27供水压力以及供水量，通过箱体侧板上的钢化玻璃5可以观察渗流破坏的发展；
5)针对具体工程中的渗漏，确定注浆方案(注浆部位、注浆孔大小、注浆孔数量、注浆压力及流量)，明确注浆系统3采用花管注浆或底口注浆，根据注浆方向(竖向或侧向)和注浆方式(花管注浆或底口注浆)在箱体上安装相应的带注浆孔2的钢板，各块钢板之间设置橡胶条进行密封，
6)注浆管穿过钢板时，在钢板上设置一小块圆形盖板16，注浆管穿透盖板16和钢板，盖板16与注浆管接触的部位，沿注浆管方向设置多道环形橡胶密封圈，保证注浆管与盖板16之间的密封，钢板和盖板16之间通过螺栓连接，连接之前在钢板与盖板16之间设置一圈橡胶密封圈，实现盖板16和钢板之间的密封，通过箱体侧板上的钢化玻璃可以对注浆效果进行观察；
7)根据渗流方案和注浆方案确定需要监测的数据，考虑渗流方向和注浆方向(竖向或侧向)，在预估变形较大部位布设各种监测原件(流速传感器、位移计、压力计等)，对渗流速度以及渗漏量、土体位移、土压力以及注浆压力等进行监测，传感器应埋设稳固，埋设好后应进行数据读取，确保其可以正常工作。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统，其特征在于，包括：
密封装置，其为中空的密封箱体状，其内部填充有模拟地层环境的颗粒状固体填充物；
渗流系统，其连通于所述密封装置，用于向所述密封装置内输入渗流液，使所述密封装置内部形成渗流环境；
注浆系统，其连通于所述密封装置，用于朝所述密封装置内注入注浆液，用于修补所述密封装置内形成的渗流环境；
监测系统，其设置于所述密封装置内对所述密封装置内的环境进行监控；
其中，所述密封装置的底部设置有若干可开合的卸砂孔。
2.根据权利要求1所述的基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统，其特征在于，所述密封装置包括顶板和底板，所述顶板包括盖板以及设置在密封装置内位于所述盖板正下方的承压板，所述承压板可在外部推力作用下靠近或远离所述盖板；
所述盖板顶部还设置有若干液压伸缩装置，其均包括竖直朝下且穿设过盖板至承压板顶部的伸缩端部，该伸缩端部固定连接所述承压板，并通过所述伸缩端部的伸缩量控制所述承压板位移量。
3.根据权利要求1所述的基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统，其特征在于，所述渗流系统包括，
水箱，用于储存所述渗流液；
输水管道，其一端连通所述水箱，所述输水管道的另一端连通所述密封装置；
水泵，设置在所述输水管道上；
控制阀，设置所述输水管道上靠近所述水箱的节段，用于控制水压。
4.根据权利要求1或3所述的基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统，其特征在于，所述渗流系统还包括，
液位变送器，其为竖向设置的密封容器，其底部通过输水分管连通于所述密封装置，所述液位变送器内位于液面上方的部分连通一输气管道，所述输气管道还连通一可调节气压大小的供气装置。
5.根据权利要求1所述的基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统，其特征在于，所述注浆系统包括，
储浆罐，用于储存所述注浆液；
注浆管道，其一端连通所述储浆罐，所述注浆管道的另一端连通所述密封装置；
注浆泵，其设置在所述注浆管道上。
6.根据权利要求1所述的基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统，其特征在于，所述承压板的周向侧壁与所述立方体的内侧壁之间设置有第一密封体；
所述第一密封体包括，上下设置的两层橡胶皮，其分别对应贴合设置在所述承压板的顶部和底部的周向外棱边与所述立方体的内侧壁接触部位。
7.根据权利要求1所述的基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统，其特征在于，所述承压板与所述盖板之间形成密封腔体，且所述盖板的顶部分别设置有出气孔和进气孔，所述进气孔充气与所述出气孔放气同步进行。
8.根据权利要求2所述的基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统，其特征在于，所述密封装置还包括设置在顶板底板之间围设形成方环状的两对侧板，两对所述侧板中，分别设置有若干渗漏孔和侧板注浆孔，以及所述顶板上也设置有若干顶部注浆孔。
9.根据权利要求8所述的基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统，其特征在于，所述侧板上还设置有钢化玻璃观测窗。
10.根据权利要求1所述的基于渗水条件下的注浆堵漏模型试验系统，其特征在于，所述监测系统包括埋设在所述密封装置内的流速传感器、位移计以及压力计。
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