CN114279934A - 岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明要解决的技术问题是提供岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置与方法，能够模拟岛礁砂层地应力，便于进行注浆模拟及渗透系数试验，其包括模型试验箱、伺服应力加载系统和注浆储浆系统；所述模型试验箱包括支撑框架和盛砂筒，所述盛砂筒设置在所述支撑框架内部，所述盛砂筒是上部为开口的空心柱体结构，所述盛砂筒的侧壁沿着高度方向设有若干个出浆管；所述盛砂筒的开口处配合有轴压加载活塞板，所述盛砂筒的外壁上沿着高度设有多个围压加载环；所述注浆储浆系统的注浆口连通所述盛砂筒，所述伺服应力加载系统能控制所述轴压加载活塞板和围压加载环施加压力。本发明对岛礁不良地质灾害注浆治理起到了积极、科学的工程参考作用。

Description

岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置与方法

技术领域

本发明适用于岛礁岩土与地下工程灾害治理技术领域，具体涉及岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置与方法。

背景技术

随着我国经济技术的高速发展，当今海洋资源开发与工程建设越来越多，出现了一系列岛礁富水钙质砂土地质工程问题。在工程建设期间，岛礁富水钙质砂土地层砂层胶结能力差、强度低，地层稳定性极差，且由于中国南海降雨量大，岛礁钙质砂渗透性好，未来工程荷载高，含水性和高荷载地应力及工程开挖等因素对于岛礁富水钙质砂物理力学特性的影响非常显著；与陆源砂相比，饱和富水钙质砂土层导致的灾害突然性及破坏性更大，岛礁地下水作用下具备很强流动性，隧道及地下工程开挖硐室常常发生突水、涌砂、流砂等地质灾害，且由于预警时间短，不能及时有效地预防灾害，极易引发围岩失稳破坏、隧道塌方、地表塌陷及地下水位下降等严重工程与环境问题，严重延误修建工期，威胁人员安全，造成财产损失，产生恶劣的社会影响。

注浆材料的渗透注浆可注性测试和渗透性测试，往往试验过程繁琐，试验误差较大，对于岛礁富水钙质砂土地层中注浆材料的可注性效果及加固效果没有相应的试验方法和评价指标。

因此，亟需提出一种适用于岛礁富水钙质砂土地层的渗透注浆试验装置，以弥补地下工程岛礁富水钙质砂土地层灾害治理注浆材料和技术的研究空白，以实现注浆材料的可注性分析与加固效果分析，以帮助实际工程确定合适的注浆材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置与方法，能够模拟岛礁砂层地应力，便于进行砂土地层渗透注浆模拟及渗透系数试验。

本发明是通过以下技术方案实现的：

岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透系数试验装置，包括模型试验箱、伺服应力加载系统和注浆储浆系统；

所述模型试验箱包括支撑框架和盛砂筒，所述盛砂筒设置在所述支撑框架内部，所述盛砂筒是上部为开口的空心柱体结构，所述盛砂筒的侧壁沿着高度方向设有若干个出浆管；

所述盛砂筒的开口处配合有轴压加载活塞板，所述盛砂筒的外壁上沿着高度设有多个围压加载环；

所述注浆储浆系统的注浆口连通所述盛砂筒，所述伺服应力加载系统能控制所述轴压加载活塞板和围压加载环施加压力。

进一步的，所述伺服应力加载系统包括轴压加载机构、围压加载机构及伺服加载装置；

所述轴压加载机构包括轴向液压伸缩装置和所述轴压加载活塞板，所述轴向液压伸缩装置贯穿安装在所述支撑框架的顶部，所述轴向液压伸缩装置的下端与所述轴压加载活塞板连接；

所述围压加载机构包括所述多个围压加载环和横向液压伸缩装置，每个围压加载环的外壁连接多个横向液压伸缩装置；

所述横向液压伸缩装置和轴向液压伸缩装置的输入端均连接在所述伺服加载装置上。

进一步的，所述轴压加载活塞板的下部设有圆盘形的凸起，所述凸起能够嵌入所述盛砂筒的开口内并能相对上下移动，所述凸起的边缘设有能与所述盛砂筒的内壁密封贴合的密封橡胶圈。

进一步的，还包括动荷载加载系统，所述动荷载加载系统包括振动台和振动发生装置，所述振动台设于所述盛砂筒的底部，所述振动发生装置的上端固定连接所述振动台，所述振动发生装置的下端安装在所述支撑框架的底部。

进一步的，还包括承托定位系统，所述承托定位系统包括承托台和若干个机械臂，若干个机械臂分别固定安装在所述模型试验箱的左侧、右侧及下侧的外壁上，每个机械臂为可伸缩撑杆并在端部设有定位滚轮；

所述承托台为箱体形结构，所述承托台的左侧、右侧及下侧的内壁上设有限位卡槽，所述模型试验箱位于所述承托台内并通过各个定位滚轮配合在所述承托台的限定卡槽内。

进一步的，还包括注浆储浆系统，所述注浆储浆系统包括空气压缩机、气动注浆泵、搅拌机、储浆桶，所述空气压缩机连接所述气动注浆泵，所述气动注液泵和搅拌机安装在所述储浆桶中，所述气动注液泵的出液口连通所述盛砂筒。

进一步的，所述轴压加载活塞板中间贯穿连接有进浆弯管，所述气动注液泵的出液口通过管道连通所述进浆弯管。

进一步的，还包括监控测量系统，所述监控测量系统包括高速摄像机、计算机、注浆自动记录仪、电磁流量计、注浆压力传感器、流出液称量筒、土压力计、渗压传感器、位移传感器；所述土压力计、渗压传感器、位移传感器在试验前期安装于所述盛砂筒内的砂样中，所述电磁流量计、注浆压力传感器及注浆自动记录仪用于对注入浆液的流量、压力进行监测记录，所述流出液称量筒用于对流出砂样的浆液进行称量和收集；所述高速摄像机用于记录所述模型试验箱中浆液在砂层中的注入状态。

进一步的，所述盛砂筒内部直径为100-150mm，高度为210-220mm，所述盛砂筒内盛放砂样直径为100-150mm，高度为200-210mm；所述盛砂筒采用透明的亚克力材质或有机玻璃材质制作而成。

岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透系数试验方法，采用本发明述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透系数试验装置进行渗透注浆模拟试验、渗透试验以及渗透破坏试验；

当进行注浆模拟试验时，对盛砂筒施加一定的围压和轴压；向储浆桶中配置所需水泥浆液，开启搅拌机、空气压缩机及气动注浆泵，泵送浆液至盛砂筒进行注浆模拟，在此过程中，动荷载加载系统保持压力不变；

当进行渗透试验时，根据试验需要向储浆桶中配置蒸馏水或海水或其他试验所需溶液，开启搅拌机、空气压缩机及气动注浆泵，泵送液体至盛砂筒；

流出液称量筒对从出浆管流出的液体进行收集并称量计重，注浆自动记录仪对注入水或其他液体的注入流量压力进行实时记录；

对采集到的数据进行计算，得到标准试件的渗透系数；

当进行渗透破坏试验时，可根据具体需要调节伺服应力加载系统及动荷载加载系统，为标准试件提供不同轴压、围压及不同频率的振动，以模拟岛礁地下工程高地下水、高荷载、动水冲刷的真实环境；

可根据具体需要调节承托定位系统，使试件进行不同角度的旋转，改变渗流角度，模拟不同渗流角度下对标准试件的渗透破坏；

可根据具体需要调节注浆储浆系统，改变水压、流量，注浆储浆系统向模型试验箱内进行供水，以使标准试件发生水渗流现象。

本发明与现有技术相比所取得的有益效果如下：

1、 本发明所述提供的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置与方法，通过轴压加载活塞板和多个围压加载环对模型试验箱的盛砂筒施加轴压和围压，能够准确模拟还原真实状态下岛礁富水钙质砂层的高地应力，便于在室内进行注浆试验模拟研究；

2、 本发明所述提供的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置通过承托定位系统改变所述模型试验箱的倾斜角度，不仅可以实现注浆加固体或砂层的渗透系数测定，而且可改变渗流方向进行水渗流坍塌试验研究，解决了传统固定模型试验箱体积大、不便移动，无法实现变方向的注浆试验研究的弊端；

3、 本发明所述提供的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，通过动荷载加载系统，以模拟车辆、地铁、隧道、管道、飞机等对岛礁地基造成的循环荷载，使室内试验更贴近工程实际情况，增加试验结果可靠性；

4、 本发明所述提供的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，模型试验箱中所述盛砂筒采用透明可视化设计，配合使用高速摄像机，可实时监测记录浆液在砂样中的注入情况，解决了传统砂层可注性试验无法直观观测浆液注入效果的难题；

5、 本发明所述提供的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，模型试验箱进行注浆试验后可得到标准试件，便于对盛砂筒养护后取出结石体进行后续三轴抗压试验；也可注浆试验结束后，直接对盛砂筒养护，本发明可直接对结石体进行渗透性试验，本发明既可以实现室内注浆试验又可以进行渗透性试验，且可以进行注浆加固结石体在海水冲刷侵蚀的变化研究，应用广泛；

6、 本发明所述提供的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置及方法，所述盛砂筒沿着高度方向设置若干出浆管，配合所述流出液称量筒，可实现对不同渗透深度流出液体的采集分析，研究浆液在砂层注入不同注入深度后的变化，解决了常规模拟试验使用密闭容器导致无法实现对不同深度的流出液体进行采集的难题；

7、 本发明所述提供的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置及方法，一体化程度高、操作灵活简单，对真实的岛礁砂层地质注浆加固模拟效果好，可使用本发明开展一系列不同课题的研究，试验结果可为工程应用提供较强的参考价值。

附图说明

图1是本发明所述岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置结构整体三维示意图；

图2是本发明中所述模型试验箱的三维示意图；

图3是本发明中所述承托定位系统的三维示意图；

图4是本发明中所述承托定位系统运行原理的二维示意图；

图5是本发明中所述盛砂筒的三维示意图；

图6是本发明中所述盛砂筒的正视及侧视二维示意图；

图7是本发明中所述盛砂筒剖视图；

图8是本发明中注浆试验结束后所述砂样示意图。

图中，1、模型试验箱；101、盛砂筒；102、进浆弯管；103、出浆管；104、止浆塞；105、滤网；106、砂样；107、透水石；2、伺服应力加载系统；201、轴压加载机构；202、围压加载机构；203、伺服加载装置；204、轴压加载活塞板；205、轴向液压伸缩装置；206、围压加载环；207、横向液压伸缩装置；3、动荷载加载系统；301、振动台；302、振动发生装置；4、承托定位系统；401、机械臂；402、定位滚轮；403、承托台；5、注浆储浆系统；501、空气压缩机；502、气动注浆泵；503、搅拌机；504、储浆桶；6、监控测量系统；601、高速摄像机；602、计算机；603、流出液称量筒；604、电磁流量计；605、注浆自动记录仪；7、耐压软管。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1、2、3所示，本发明公开一种岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其整体上包括以下结构：模型试验箱1、伺服应力加载系统2、动荷载加载系统3、承托定位系统4、监控测量系统5、注浆储浆系统6。

模型试验箱1包括支撑框架及盛砂筒101，其中支撑框架为焊接钢制支架，总体为长方体框架结构，采用钢制螺杆、螺母进行加固。盛砂筒位于支撑框架内部，如图6所示，盛砂筒是上部为开口的空心柱体结构，在盛砂筒的侧壁沿着高度方向等距设有若干个出浆管103，相邻两个出浆管104高度间隔30mm，出浆管103可配合止浆塞104进行封堵，止浆塞103为具有良好耐压止水性能的高弹性螺纹橡胶塞，可根据不同试验目的选择对盛砂筒101侧面的出浆管104进行封堵，选择性开放其中一个或多个出浆管104，对不同高度流出浆液进行收集分析。盛砂筒101选用透明材料，以达到观察砂样中浆液渗透路径及注入情况的效果，该透明材料优选亚克力材质或有机玻璃材质，其中有机玻璃材质抗压性能更优，安全性更好，本实施例中优选用机玻璃材质。盛砂筒101内部直径与高度比选择为1:2.1-1:2.2，可以设计成盛砂筒101内部直径为100mm，高度为210mm，其中盛放的需要进行注浆试验的砂样的直径与高度比为1:2，盛放砂样直径为100mm，高度为200mm。如此设计的目的是盛砂筒101预留高度放置透水石107及滤网105，在盛砂筒101底部放置滤网，顶部放置10mm厚透水石，其中，滤网的作用是防止砂样中细颗粒砂随浆液冲出，透水石的作用是使注入浆液均匀地注入砂样中，增加试验可靠性与严谨度。最终使注浆试验后得到的试件为标准试件，有利于后续对该标准试件开展三轴抗压试验等其他试验。

如图4、图5所示，伺服应力加载系统2包括轴压加载机构201、围压加载机构202及伺服加载装置203。轴压加载机构201包括轴压加载活塞板204及轴向液压伸缩装置205，轴向液压伸缩装置贯穿安装在支撑框架的顶部，轴向液压伸缩装置的下端与轴压加载活塞板连接。轴压加载活塞板204配合安装在盛砂筒101的顶部开口，轴压加载活塞板204下部设有圆盘形的凸起，凸起能够嵌入盛砂筒的开口内并能相对上下移动，在凸起的边缘设有能与盛砂筒的内壁密封贴合的密封橡胶圈，如此设计的目的是使轴压加载活塞板204在盛砂筒101中上下移动加压的同时保证良好的防水密封效果。盛砂筒101与轴压加载活塞板204之间形成岛礁富水钙质砂的盛放空间，在轴压加载活塞板204中央开孔连接进浆弯管102，浆液通过进浆弯管102进入盛砂筒注入到砂层中。围压加载机构202包括三个围压加载环206与若干横向液压伸缩装置207。3个围压加载环沿着高度方向等距套在盛砂筒的外壁，每个围压加载环206的外壁连接多个横向液压伸缩装置207，横向液压伸缩装置207和轴向液压伸缩装置205的输入端均连接在伺服加载装置203上。伺服应力加载系统通过轴压加载机构和围压加载机构分别向试验砂样施加轴压和围压应力，以此模拟岛礁不同深度砂层地质受到的地应力，在本实施例中，伺服加载装置203通过改变轴向液压伸缩装置和横向液压伸缩装置的伸缩速率来实现控制应力大小的目的。

动荷载加载系统3包括振动台301及振动发生装置302，振动台301布置于盛砂筒101下方，盛砂筒101底部与振动台301之间采用玻璃胶等弹性粘合材料粘结，使盛砂筒101稳固在振动台301上，与振动台301以相同频率振动。振动发生装置302安装在振动台301下方。振动发生装置302优选激振器和凸轮振动器中的一种。在本实施例中，振动台301优选钢板，使振动发生装置302产生的振动压力分散传导至土体。动荷载加载系统3通过控制砂样的振动频率，以模拟地铁、列车、飞机等动荷载对岛礁地层注浆加固后的地基土的影响，并研究动荷载下的加固体渗流破坏情况。当动荷载加载系统3工作时，实验人员通过观测砂样表面的沉降程度和渗流路径等其他参数，以模拟注浆加固体的水渗流坍塌模拟试验。

承托定位系统4包括承托台403和若干个机械臂401，若干个机械臂401分别固定安装在模型试验箱1的左侧、右侧及下侧的外壁上，每个机械臂401为可伸缩撑杆并在远离模型试验箱1的端部安装有定位滚轮402。承托台403为箱体形结构，在承托台403的左侧、右侧及下侧的内壁上设有限位卡槽，模型试验箱1位于承托台403内并通过各个定位滚轮402配合在承托台403的限定卡槽内。其中，承托台403分为上下两个部分，上部为承托框，其通过定位滚轮402与模型试验箱1相连，实现对模型试验箱1位置、旋转角度的调节，下部为承托底座，为整个模型试验箱1提供稳定的支撑，使试验排除其他外界因素干扰。由于机械臂401具有伸缩长度的功能，与定位滚轮402配合，起到精确调节模型试验箱1倾斜角度的作用。当轴向分布的机械臂竖直且各机械臂长度保持一致，横向分布的机械臂水平且各机械臂长度保持一致，从而使模型试验箱1处于正中位置，此时为承托定位系统4的原始位置。

注浆储浆系统5包括空气压缩机501、气动注浆泵502、搅拌机503、储浆桶504。其中，空气压缩机501连接气动注浆泵502从而为浆液的注入提供稳定均匀的压力和动力。本实施例中，气动注浆泵502不限于单液注浆泵，可根据试验目的相应换成双液注浆泵，实现水泥-水玻璃双液浆的注入。储浆桶504为敞口圆柱形桶，搅拌机503和气动注浆泵502置于储浆桶504中，在试验时将水泥及水按所需水灰比加入储浆桶504中，开启搅拌机503使其不停搅拌。本发明中搅拌机503的作用一是使水泥与水混合作用均匀，二是防止注入过程中水泥浆液静置凝结影响试验结果。气动注液泵的出液口通过耐压软管连通进浆弯管102，从而将储浆桶504中的浆液通过进浆弯管102进入盛砂筒注入到砂层中。值得注意的是，空气压缩机可换成氮气瓶，储浆桶可换成密闭储浆罐，由氮气瓶给密闭储浆罐提供压力，将密闭储浆罐中的浆液泵送至模型试验箱。

监控测量系统6包括高速摄像机601、计算机602、注浆自动记录仪605、电磁流量计604、注浆压力传感器、流出液称量筒603、土压力计、渗压传感器、位移传感器。各种传感器如土压力计、渗压传感器、位移传感器在试验前期安装于盛砂筒的砂样中，对土体扰动和动力响应参数进行记录。电磁流量计604和注浆压力传感器安装在气动注液泵的出液口与进浆弯管102的耐压软管上，注浆自动记录仪605电连接电磁流量计604和注浆压力传感器，电磁流量计604、注浆压力传感器及可对注入浆液的流量、压力进行监测记录。流出液称量筒603可对从出浆管流出砂样的浆液进行精确称量和收集。高速摄像机601记录模型试验箱中浆液在砂层中的注入情况。故本发明提出的注浆模拟装置可实现对注浆全过程的模拟，以及开展渗透性试验时实现对注浆加固体渗透破坏过程中渗透压力、渗流量、涌砂量的记录，并完成渗透系数的测定。

本发明适用于岛礁岩土与地下工程灾害治理技术，岛礁岩土是一种富水钙质砂土地层，为此，本发明提供一种岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验方法，采用本发明所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置进行注浆模拟试验、渗透试验以及渗透破坏试验。

实施例1

以本发明所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置进行注浆模拟试验为例，其方法包括以下步骤：

（1）试验开始前，根据岛礁地质选用相应砂样，优选珊瑚砂，按试验要求如密实度、含水率、颗粒级配等参数对砂样进行制备，将砂填充进盛砂筒，并将土压力计、渗压传感器、位移传感器进行布设；

（2）根据试验目的选择开启一个或多个出浆管，在该出浆管安装耐压软管，耐压软管的另一端放置在出液称量桶中，其余出浆管使用止浆塞进行密闭；

使用耐压软管将空气压缩机与气动注浆泵、气动注浆泵与进浆弯管进行连接，注浆流量传感器、注浆压力传感器连接至注浆自动记录仪，注浆自动记录仪及高速摄像机与计算机相连并开启记录；

调节承托定位系统至原始位置，调节高速摄像机使其与模型试验箱盛砂筒保持0.5m左右距离，并使高速摄像机视角与模型试验箱保持平行；

试验开始前对各传感器及流出液称量筒进行校准清零工作；

以上步骤为正式试验前的准备工作；

（3）将轴压加载机构、围压加载机构安装完毕，调节伺服加载装置，对盛砂筒施加一定的围压和轴压；

（4）向储浆桶中配置所需水泥浆液，开启搅拌机、空气压缩机及气动注浆泵，泵送浆液至盛砂筒进行注浆模拟，在此过程中，动荷载加载系统保持压力不变。

上述步骤是进行岛礁富水砂层可注性试验，通过观察浆液在砂样中注入情况进行浆液性质的研究，根据具体需要可改变施加的轴压、围压、浆液注入压力、浆液注入流量等任意一个或多个条件，进行重复试验。

完成可注性试验后，得到的试样一般三种典型状态，如图8所示得到注浆加固后的试样，（a）为浆液完全无法注入的情形，（b）为浆液注入不充分的情形，（c）为浆液完全注入的情形。

实施例2

以本发明所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置进行渗透试验为例，其方法包括以下步骤：

试验开始前的准备工作同实施例1，在此不详细赘述。可将其他养护好的标准试件装入盛砂筒中，并在盛砂筒管壁及试件壁面上抹上凡士林等防水材料，减小边壁渗水影响试验结果；也可在实施例1试验基础上，直接对注浆后的盛砂筒进行养护，养护到预定龄期后，继续开展该试验，此情况可直接进行试验；

值得注意的是，开展本实施例所述的渗透试验时，伺服应力加载系统及动荷载加载系统关闭，不施加应力与动荷载，承托定位系统保持原始位置。

（1）根据试验需要向储浆桶中配置蒸馏水或海水或其他试验所需溶液，开启搅拌机、空气压缩机及气动注浆泵，泵送液体至盛砂筒；

（2）流出液称量筒对从出浆管流出的液体进行收集并称量计重，注浆自动记录仪对注入水或其他液体的注入流量压力进行实时记录；

（3）对采集到的数据进行计算，得到标准试件的渗透系数。针对砂土地层采用定水头渗透试验，渗透系数测试采用如下公式：

为渗透系数（cm/s），t为渗透时间（ s），Q为 t 时间内渗出的水量（ml），L为渗流路径长度（cm），A 为过水断面面积（cm²），H 为水头损失（cm）。以上参数均由本发明所述的富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透系数试验装置获得，本发明可根据具体需要改变一个或多个试验条件，进行重复试验。

实施例3

以本发明所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置进行渗透破坏为例，其方法包括以下步骤：

开展注浆加固结石体试件在海水及其他溶液下的渗透破坏试验，可将其他养护好的标准试件装入盛砂筒中；也可在实施例1试验基础上，直接对注浆后的盛砂筒进行养护，养护到预定龄期后，继续开展该试验；

可根据具体需要调节伺服应力加载系统及动荷载加载系统，为标准试件提供不同轴压、围压及不同频率的振动，以模拟岛礁地下工程高地下水、高荷载、动水冲刷的真实环境；

可根据具体需要调节承托定位系统，使试件进行不同角度的旋转，改变渗流角度，模拟不同渗流角度下对标准试件的渗透破坏；

可根据具体需要调节注浆储浆系统，改变水压、流量，注浆储浆系统向模型试验箱内进行供水，以使标准试件发生水渗流现象；

在上述试验中，通过透明的盛砂筒对岛礁富水钙质砂土在不同的渗流条件下产生的裂隙、管涌等渗流破坏现象进行直观观测，并通过监控测量系统获取渗流破坏的相关参数。本发明可根据具体需要改变一个或多个试验条件，进行重复试验。

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 (10)

1.一种岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，包括模型试验箱、伺服应力加载系统和注浆储浆系统；

所述模型试验箱包括支撑框架和盛砂筒，所述盛砂筒设置在所述支撑框架内部，所述盛砂筒是上部为开口的空心柱体结构，所述盛砂筒的侧壁沿着高度方向设有若干个出浆管；

所述盛砂筒的开口处配合有轴压加载活塞板，所述盛砂筒的外壁上沿着高度设有多个围压加载环；

所述注浆储浆系统的注浆口连通所述盛砂筒，所述伺服应力加载系统能控制所述轴压加载活塞板和围压加载环施加压力。

2.根据权利要求1所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，所述伺服应力加载系统包括轴压加载机构、围压加载机构及伺服加载装置；

所述轴压加载机构包括轴向液压伸缩装置和所述轴压加载活塞板，所述轴向液压伸缩装置贯穿安装在所述支撑框架的顶部，所述轴向液压伸缩装置的下端与所述轴压加载活塞板连接；

所述围压加载机构包括所述多个围压加载环和横向液压伸缩装置，每个围压加载环的外壁连接多个横向液压伸缩装置；

所述横向液压伸缩装置和轴向液压伸缩装置的输入端均连接在所述伺服加载装置上。

3.根据权利要求2所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，所述轴压加载活塞板的下部设有圆盘形的凸起，所述凸起能够嵌入所述盛砂筒的开口内并能相对上下移动，所述凸起的边缘设有能与所述盛砂筒的内壁密封贴合的密封橡胶圈。

4.根据权利要求1所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，还包括动荷载加载系统，所述动荷载加载系统包括振动台和振动发生装置，所述振动台设于所述盛砂筒的底部，所述振动发生装置的上端固定连接所述振动台，所述振动发生装置的下端安装在所述支撑框架的底部。

5.根据权利要求1所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，还包括承托定位系统，所述承托定位系统包括承托台和若干个机械臂，若干个机械臂分别固定安装在所述模型试验箱的左侧、右侧及下侧的外壁上，每个机械臂为可伸缩撑杆并在端部设有定位滚轮；

所述承托台为箱体形结构，所述承托台的左侧、右侧及下侧的内壁上设有限位卡槽，所述模型试验箱位于所述承托台内并通过各个定位滚轮配合在所述承托台的限定卡槽内。

6.根据权利要求1所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，还包括注浆储浆系统，所述注浆储浆系统包括空气压缩机、气动注浆泵、搅拌机、储浆桶，所述空气压缩机连接所述气动注浆泵，所述气动注液泵和搅拌机安装在所述储浆桶中，所述气动注液泵的出液口连通所述盛砂筒。

7.根据权利要求6所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，所述轴压加载活塞板中间贯穿连接有进浆弯管，所述气动注液泵的出液口通过管道连通所述进浆弯管。

8.根据权利要求1所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，还包括监控测量系统，所述监控测量系统包括高速摄像机、计算机、注浆自动记录仪、电磁流量计、注浆压力传感器、流出液称量筒、土压力计、渗压传感器、位移传感器；所述土压力计、渗压传感器、位移传感器在试验前期安装于所述盛砂筒内的砂样中，所述电磁流量计、注浆压力传感器及注浆自动记录仪用于对注入浆液的流量、压力进行监测记录，所述流出液称量筒用于对流出砂样的浆液进行称量和收集；所述高速摄像机用于记录所述模型试验箱中浆液在砂层中的注入状态。

9.根据权利要求1-8任一项所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，所述盛砂筒内部直径为100-150 mm，高度为210-220 mm，所述盛砂筒内盛放砂样直径为100-150 mm，高度为200-210 mm；所述盛砂筒采用透明的亚克力材质或有机玻璃材质制作而成。

10.一种岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置进行注浆模拟试验、渗透试验以及渗透破坏试验；

当进行注浆模拟试验时，对盛砂筒施加一定的围压和轴压；向储浆桶中配置所需水泥浆液，开启搅拌机、空气压缩机及气动注浆泵，泵送浆液至盛砂筒进行注浆模拟，在此过程中，动荷载加载系统保持压力不变；

当进行渗透试验时，根据试验需要向储浆桶中配置蒸馏水或海水或其他试验所需溶液，开启搅拌机、空气压缩机及气动注浆泵，泵送液体至盛砂筒；

流出液称量筒对从出浆管流出的液体进行收集并称量计重，注浆自动记录仪对注入水或其他液体的注入流量压力进行实时记录；

对采集到的数据进行计算，得到标准试件的渗透系数；

当进行渗透破坏试验时，可根据具体需要调节伺服应力加载系统及动荷载加载系统，为标准试件提供不同轴压、围压及不同频率的振动，以模拟岛礁地下工程高地下水、高荷载、动水冲刷的真实环境；

可根据具体需要调节承托定位系统，使试件进行不同角度的旋转，改变渗流角度，模拟不同渗流角度下对标准试件的渗透破坏；

可根据具体需要调节注浆储浆系统，改变水压、流量，注浆储浆系统向模型试验箱内进行供水，以使标准试件发生水渗流现象。

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