CN206862784U - 一种测试砂土注浆凝结强度的室内三轴试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测试砂土注浆凝结强度的室内三轴试验装置，涉及岩土力学注浆加固技术。本装置的结构是：下盖板（6）、压力室（10）和上盖板（2）自下而上依次连接组成外部结构；底座（11）、滤网（12）、砂样（13）和垫块（14）自下而上依次连接组成内部结构；压力体积传感器（A）控制压力室（10）内的水压；注浆机（B）将水泥浆注入砂样（13）中；荷载位移传感器（C）将荷载作用在垫块（14）上。本装置可以模拟砂土在地层围压作用下的注浆加固过程，并可测试砂土注浆凝结加固后的强度；而且标准统一，可实现多次工业复制。

Description

一种测试砂土注浆凝结强度的室内三轴试验装置

技术领域

本实用新型涉及岩土力学注浆加固技术，尤其涉及一种测试砂土注浆凝结强度的室内三轴试验装置。

背景技术

注浆加固技术是建筑工程施工中最常用的地基加固方法。根据注浆方式分为：渗透注浆、劈裂注浆、压密注浆和电渗注浆。注浆加固原理是通过注浆管把具有流动性、填充性和胶凝性的一种或几种浆液材料，按一定的配比注入地基土中，浆液以充填、渗透和挤密等方式挤走土粒间的水分和空气，使浆液与原来松散的土粒胶结成整体，从而提高原来土体的强度，改善持力层受力状态和荷载传递性能，防止或减少渗透和不均匀沉降。注浆加固技术适用于砂、粉土、填土和裂隙岩石等岩土体的加固。

在评价地基注浆加固效果时，通常采用动力触探、标准贯入或平板载荷试验方法。上述试验方法可满足工程评价需要，但对注浆凝结加固的过程和机理研究涉及较少。

实用新型内容

本实用新型依据现场注浆加固工作流程，提供一种测试砂土注浆凝结强度的室内三轴试验装置，能够模拟砂土在地层围压作用下的注浆加固过程，并可测试砂土注浆凝结加固后的强度。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种测试砂土注浆凝结强度的室内三轴试验装置（简称装置）

本装置包括外围设备：压力体积传感器、注浆机和荷载位移传感器；

设置有导向杆、上盖板、排气帽、螺杆、密封圈、下盖板、注水阀、排水阀、注浆阀、压力室、底座、滤网、砂样、垫块、乳胶膜、、橡皮筋；

在上盖板上设置有导向孔、穿孔和排气孔；

在下盖板上设置有螺纹孔、注水孔、注浆孔和排水孔；

其位置和连接关系是：

通过螺杆和密封圈，下盖板、压力室和上盖板自下而上依次连接组成外部结构；

底座、滤网、砂样和垫块自下而上依次连接组成内部结构，用乳胶膜和橡皮筋将内部构件嵌套为一整体；

在导向杆和导向孔的接触处，在压力室与上盖板的接触处，在压力室与下盖板的接触处，在底座和下盖板的接触处，均设置有密封圈，实现密封处理；

压力体积传感器通过注水阀和注水孔连通，控制压力室内的水压；

注浆机通过注浆阀和注浆孔连通，将水泥浆注入砂样中；

荷载位移传感器、导向杆和垫块依次连接，将荷载作用在垫块上。

本实用新型具有下列优点和积极效果：

①利用水压模拟砂样在地层中受到的围压，围压均匀且容易调控；

②在注浆和凝结过程中保持压力室内围压恒定，符合实际地层条件；

③将装置在土工三轴试验系统内进行试验，可测得砂样注浆凝结后的强度；

④导向杆与导向孔接触处设置两道密封圈，可避免导向杆与水接触；

⑤可拆卸，方便脱模后二次使用。

总之，本装置可以模拟砂土在地层围压作用下的注浆加固过程，并可测试砂土注浆凝结加固后的强度；而且标准统一，可实现多次工业复制。

附图说明

图1是本装置的结构示意图。

图中：

1—导向杆；

2—上盖板，

2-1—导向孔，2-2—穿孔，2-3—排气孔；

3—排气帽；

4—螺杆；

5—密封圈；

6—下盖板，

6-1—螺纹孔，6-2—注水孔，6-3—注浆孔，6-4—排水孔；

7—注水阀；

8—排水阀；

9—注浆阀；

10—压力室；

11—底座；

12—滤网；

13—砂样；

14—垫块；

15—乳胶膜；

16—橡皮筋；

A—压力体积传感器，B—注浆机，C—荷载位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、装置

1、总体

本装置包括外围设备：压力体积传感器A、注浆机B和荷载位移传感器C；

设置有导向杆1、上盖板2、排气帽3、螺杆4、密封圈5、下盖板6、注水阀7、排水阀8、注浆阀9、压力室10、底座11、滤网12、砂样13、垫块14、乳胶膜、15、橡皮筋16；

在上盖板2上设置有导向孔2-1、穿孔2-2和排气孔2-3；

在下盖板6上设置有螺纹孔6-1、注水孔6-2、注浆孔6-3和排水孔6-4；

其位置和连接关系是：

通过螺杆4和密封圈5，下盖板6、压力室10和上盖板2自下而上依次连接组成外部结构；

底座11、滤网12、砂样13和垫块14自下而上依次连接组成内部结构，用乳胶膜15和橡皮筋16将内部构件嵌套为一整体；

在导向杆1和导向孔2-1的接触处，在压力室10与上盖板2的接触处，在压力室10与下盖板6的接触处，在底座11和下盖板6的接触处，均设置有密封圈5，实现密封处理；

压力体积传感器A通过注水阀7和注水孔6-2连通，控制压力室10内的水压；

注浆机B通过注浆阀9和注浆孔6-3连通，将水泥浆注入砂样13中；

荷载位移传感器C、导向杆1和垫块14依次连接，将荷载作用在垫块14上。

2、功能部件

01）导向杆1

导向杆1是一种不锈钢制圆杆，底部截面直径缩小，端部为半球形端头，端部作用在垫块14中心的凹槽中。

其功能是：向垫块14施加轴向荷载，自身刚度大，应变小。

02）上盖板2

上盖板2为铝制圆板，表面做电镀处理，耐磨、质轻和防锈蚀；

在上盖板2的中心设置有凸圆座及其导向孔2-1，在导向孔2-1内连接有密封圈5；在上盖板2外环均匀设置有4个穿孔2-2；在上盖板2上设置有排气孔2-3；在上盖板2的下底面设置有凹槽，在凹槽内连接有密封圈5。

*导向孔2-1

导向孔2-1位于上盖板2的中心，保证导向杆1竖直穿过上盖板2。

*穿孔2-2

穿孔2-2位于上盖板2的周边，一共4个，螺杆4穿过穿孔2-2可旋入下盖板6的螺纹孔6-1内，使装置固定。

*排气孔2-3

排气孔2-3位于上盖板2中，当压力室10内注水时，打开排气孔2-3，使水流入压力室10内；压力室10内注满水后，将排气帽3旋入排气孔2-3，使之处于关闭状态；试验后，打开排气孔2-3方便排水。

03）排气帽3

排气帽3为钢制，用于关闭和打开排气孔2-3。

04）螺杆4

螺杆4一共4个，用于固定装置。

05）密封圈5

密封圈5橡胶质地，用于密封压力室内的水，防止外溢；

密封圈5有4个，分别设置在导向孔2-1与导向杆1接触处、上盖板2凹槽与压力室10接触处、底座11与下盖板6接触处、下盖板6凹槽与压力室10接触处。

06）下盖板6

下盖板6为铝制圆板，表面做电镀处理，耐磨、质轻和防锈蚀；

在下盖板6与其上面底座11的接触处连接有密封圈5，

在下盖板6的中心设置有注浆孔6-3，

在下盖板6的中环内设置有注水孔6-2和排水孔6-4，

在下盖板6的外环均匀设置有4个螺纹孔6-1和凹槽，在凹槽内连接有密封圈5。

*螺纹孔6-1

螺纹孔6-1设置有4个，与穿孔2-2在竖直方向上对应，可使螺杆4旋入，达到固定装置的目的。

*注水孔6-2

注水孔6-2位于下盖板6内部，使外部的水可通过注水孔6-2注入压力室10内，在注水孔6-2的外部进口处连接有注水阀7。

*注浆孔6-3

注浆孔6-3位于下盖板6内部，水泥浆可通过注浆孔6-3注入压力室10内，在注浆孔6-3的外部进口处设置有注浆阀9。

*排水孔6-4

排水孔6-4位于下盖板6内部，通过排水孔6-4使压力室10内部水流出，在排水孔6-4的外部出口处设置有排水阀8。

07）注水阀7

注水阀7位于注水孔6-2的外部进口处，注水阀7内设置有快速接头，方便插入和拔出塑料注水管。

08）排水阀8

排水阀8位于排水孔6-4的外部出口处，排水阀8内设置有快速接头，方便插入和拔出塑料排水管。

09）注浆阀9

注浆阀9位于注浆孔6-3的外部进口处，与注浆机B连接，注浆阀9内设置有快速接头，方便插入和拔出塑料注浆管。

10）压力室10

压力室10为树脂圆筒，圆筒壁厚由最大围压确定，外径与上盖板2的下底面凹槽和下盖板6的上底面凹槽的直径一致。

11）底座11

底座11由上下两个圆柱体组成，上圆柱体的外径与砂样13直径和垫块14的直径一致；

下圆柱体设置有外螺纹，可旋入下盖板6中。

12）滤网12

滤网12为铜质的扁平圆柱体，内部有密麻的过滤孔。

13）砂样13

砂样13为普通砂样，试样的高度与直径的比值在2左右；颗粒粒径较大，能够保证水泥浆在砂颗粒中均匀流动。

14）垫块14

垫块14为不锈钢材质扁平圆柱体，圆柱体外径与砂样13直径一致，垫块14上部中心位置设置有凹槽，方便导向杆1作用在垫块14上。

15）乳胶膜15

乳胶膜15为乳胶材质，内径为砂样13的直径，厚度为2毫米；

乳胶膜15将垫块14、试样13、滤网12、底座11嵌套在一起，并分别在垫块14与乳胶膜15接触处、底座11与乳胶膜15接触处箍紧橡皮筋17，使乳胶膜15与垫块14和底座11贴合更加紧密，防止压力室10内水外溢。

16）橡皮筋16

橡皮筋16用于将乳胶膜15箍紧在垫块14和底座11处，防止压力室10内水外溢。

3、工作机理

本装置的主要功能部件均为钢制件，可拆卸；外部结构由下盖板6、压力室10和上盖板2自下而上依次连接组成，由四根螺杆4固定；底座11、滤网12、砂样13和垫块14自下而上依次连接组成内部结构，用乳胶膜15将内部构件嵌套为一整体；稳定压力室10内围压大小，模拟砂样13在地层中的围压条件；利用注浆机B将水泥浆通过注浆孔6-3注入砂样13内，在水泥浆凝结硬化至指定强度后，将整个装置放在在土工三轴试验系统内加载，保持压力室内水压恒定，在轴向加载过程中得到注浆凝结后砂样的应力应变曲线，计算可得砂样注浆加固后的强度。

二、试验方法

①装样

由下及上依次把下盖板6、底座11、滤网12、砂样13和垫块14组装固定：底座11旋入下盖板6中，并在接触处放置密封圈5；利用乳胶膜15将底座11、滤网12、砂样13和垫块14嵌套在一起，在下部用橡皮筋16将乳胶膜15与底座11箍紧，上部用橡皮筋16将乳胶膜11与垫块14箍紧；

②组装

装样完成后，在下盖板6凹槽内放置密封圈5，其上放置压力室10；上盖板3压在压力室10上，并在压力室10与上盖板3接触处放置密封圈5；调整上盖板2，使得上盖板2中的穿孔2-2与下盖板6中的螺纹孔6-1在竖直方向上对应；螺杆4穿过穿孔2-2旋进下盖板6中的螺纹孔6-1,调整均匀分布的四根螺杆4的旋入速率，使固定后的上盖板2保持水平；导向杆1穿过导向孔2-1作用在垫块14上；

③注水加压

通过压力体积传感器A设定目标围压，打开排气帽3和压力体积传感器A一侧的止水阀7,通过注水孔6-2将水注入压力室10内，在水充满压力室10后，在排气孔2-3中旋紧排气帽3，压力体积传感器A自动调节注水量，使砂样13处于目标围压中；

④注浆凝结

保持压力体积传感器A设定的目标围压，打开注浆机B一侧的注浆阀7，通过注浆孔6-3将水泥浆注入砂样13中，在水泥浆凝结硬化至指定龄期后，将整个装置放置在加载装置上进行强度试验；

⑤强度试验

将装置放在土工三轴试验加载系统内，保持压力体积传感器A设定的目标围压，通过土工三轴试验加载系统对装置施加荷载，使轴力通过导向杆1作用在垫块12上，利用加载系统的荷载位移传感器C采集数据；

⑥回收

试验结束后，设置压力体积传感器A目标值为零，打开排气帽3，然后打开排水阀8，关闭压力体积传感器A和注水阀9，使压力室10内的水在自重作用下从排水孔6-4中流出；排完水后，反向旋螺杆4，打开上盖板2，取出砂样13，擦干装置零件并收集归位。

Claims (3)

1.一种测试砂土注浆凝结强度的室内三轴试验装置，

包括外围设备：压力体积传感器（A）、注浆机（B）和荷载位移传感器（C）；

其特征在于：

设置有导向杆（1）、上盖板（2）、排气帽（3）、螺杆（4）、密封圈（5）、下盖板（6）、注水阀（7）、排水阀（8）、注浆阀（9）、压力室（10）、底座（11）、滤网（12）、砂样（13）、垫块（14）、乳胶膜（15）、橡皮筋（16）；

在上盖板（2）上设置有导向孔（2-1）、穿孔（2-2）和排气孔（2-3）；

在下盖板（6）上设置有螺纹孔（6-1）、注水孔（6-2）、注浆孔（6-3）和排水孔（6-4）；

其位置和连接关系是：

通过螺杆（4），下盖板（6）、压力室（10）和上盖板（2）自下而上依次连接组成外部结构；

底座（11）、滤网（12）、砂样（13）和垫块（14）自下而上依次连接组成内部结构，用乳胶膜（15）和橡皮筋（16）将内部构件嵌套为一整体；

在导向杆（1）和导向孔（2-1）的接触处，在压力室（10）与上盖板（2）的接触处，在压力室（10）与下盖板（6）的接触处，在底座（11）和下盖板（6）的接触处，均设置有密封圈（5），实现密封处理；

压力体积传感器（A）通过注水阀（7）和注水孔（6-2）连通，控制压力室（10）内的水压；

注浆机（B）通过注浆阀（9）和注浆孔（6-3）连通，将水泥浆注入砂样（13）中；

荷载位移传感器（C）、导向杆（1）和垫块（14）依次连接，将荷载作用在垫块（14）上。

2.按权利要求1所述的室内三轴试验装置，其特征在于：

所述的上盖板（2）为铝制圆板，在上盖板（2）的中心设置有凸圆座及其导向孔（2-1），在导向孔（2-1）内连接有密封圈（5）；在上盖板（2）外环均匀设置有4个穿孔（2-2）；在上盖板（2）上设置有排气孔（2-3）；在上盖板（2）的下底面设置有凹槽，在凹槽内连接有密封圈（5）。

3.按权利要求1所述的室内三轴试验装置，其特征在于：

所述的下盖板（6）为铝制圆板，在下盖板（6）与其上面底座（11）的接触处连接有密封圈（5），在下盖板（6）的中心设置有注浆孔（6-3），在下盖板（6）的中环内设置有注水孔（6-2）和排水孔（6-4），在下盖板（6）的外环均匀设置有4个螺纹孔（6-1）和凹槽，在凹槽内连接有密封圈（5）。