CN209606282U - 一种渗透注浆渗滤效应研究的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及隧道及地下工程渗透注浆过程中介质对浆液渗滤效应研究，尤其是一种渗透注浆渗滤效应研究的试验装置。装置包括：两端开口的透明的玻璃管，玻璃管上设有刻度，两端开口内设置橡胶塞，橡胶塞为中空内设通孔，通孔内穿入短钢管，一端的短钢管与注浆胶管连接，另一端与外部溢浆管连接；台架包括支腿、平台板、夹持钢板、垫块；平台板设置在支腿上；平台板上设置有若干组距离不同的螺栓孔，每两块夹持钢板为一组，夹持钢板与平台板上的螺栓孔通过螺栓连接，垫块垫设在所述平台板与玻璃管之间。本申请能够记录浆液渗透过程中的扩散距离、时间，并测试其渗滤效应下的粘度变化及结石体强度变化，安装使用方便，观察直观。

Description

一种渗透注浆渗滤效应研究的试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种隧道及地下工程渗透注浆过程中介质对浆液渗滤效应研究，尤其是能直观展示浆液渗透过程，并且可以方便地检测渗滤效应下浆液粘度以及含量的空间变化的装置。

背景技术

渗滤效应广泛存在于岩土工程渗透注浆加固技术中。所谓注浆，是指通过液压、气压等方式，利用钻设注浆孔或预设装置将某些能够凝固的浆液注入到岩土体介质中，浆液通过充填、渗透、劈裂、压密等形式在其内部扩散，驱赶空隙介质中的空气和水等而替换之，通过岩土体自身密度增大及浆液的胶凝作用，使被注岩土体形成强度、抗渗性能、稳定性均得到大幅提高的新结构体。

根据浆液对土体的作用机理、注浆压力以及浆液的运动形式等，通常将注浆划分为渗透注浆、劈裂注浆和压密注浆三种形式，其中，压密注浆是用较高的压力将浓度很大的水泥浆液灌入钻孔中，并在注浆处形成浆泡，浆泡挤压周围土体，导致土体密度增大，从而起到加固地层的作用。而劈裂注浆则是采用高压注浆工艺，将水泥或化学浆液注入地层，使土体发生剪切裂缝，浆液则沿裂缝从土体强度低的地方向强度高的地方渗入，形成加固土体的网络或骨架。这两种注浆工法虽能有效加固地层，但会破坏土体骨架结构，导致土体发生明显变形。由于城市地下管线以及地面道路、建筑物众多，对地层不均匀沉降或隆起敏感，以上两种注浆工法显然并不适合应用在城市地下工程施工中。而渗透注浆是在不改变土体骨架的前提下，通过较小的注浆压力将水泥浆液或化学浆液注入地层中，浆液通过土体颗粒之间的孔隙进行渗透，最终形成具有一定强度的结石体，从而起到加固地层的目的。由于不破坏土体结构，渗透注浆工法广泛应用于城市地下工程中。

渗透注浆过程中，存在渗滤现象，或者渗滤效应，所谓渗滤，是指浆液通过砂土介质渗透过程中，介质中的砂土颗粒如同筛子一样会过滤掉浆液中的水，留置浆液中悬浮的水泥颗粒，导致水泥颗粒在介质浅层积聚，无法深入到土层内部，使渗透路径上的浆液粘度以及最终形成的结石体密度、强度等参数呈现空间变化的特点。

为研究这种变化，需要专门设计一套试验设备和试验方法。目前，国内研究渗滤效应，多是进行理论公式推导，并对其中某些物理参数进行假设，并没有专门的试验去研究渗滤效应下的相关物理量变化规律。经过研究，现设计的这套试验装置及试验方法，可以实现以上目标。

实用新型内容

本实用新型的目的为解决以上问题，设计一种用于模拟隧道及地下工程渗透注浆过程中介质对浆液渗滤效应，尤其是能直观展示浆液渗透过程，并且可以方便地检测渗滤效应下浆液粘度以及抗压强度等物理量的空间变化的装置。

实现本实用新型目的的技术方案是：一种渗透注浆渗滤效应研究的试验装置，包括：

两端开口的透明的玻璃管，该玻璃管用以盛装试验用的注浆砂土介质、作为一维渗透注浆路径；且在玻璃管上设有刻度，该刻度用以观察和记录注浆过程中浆液锋面的扩散距离，并通过记录渗透时间确定浆液锋面的扩散速度；玻璃管的两端开口内设置橡胶塞，该橡胶塞为中空结构、预留通孔，该橡胶塞用以封口；橡胶塞的通孔内穿入短钢管，且一端的短钢管与外部注浆胶管连接，用以于注浆，另一端的短钢管与外部溢浆管连接，用以于收集经过玻璃管渗滤后流出的浆液；

台架，包括支腿、平台板、夹持钢板、垫块；所述平台板设置在所述支腿上；所述平台板上设置有若干组距离不同的螺栓孔；每两块所述夹持钢板为一组，该夹持钢板与平台板上的螺栓孔通过螺栓连接；所述垫块垫设在所述平台板与所述玻璃管之间。

进一步的，所述玻璃管包括长度不一的多根玻璃管，用以收集沿渗透路径不同长度位置处的浆液。

进一步的，所述玻璃管为高强度有机玻璃管。

进一步的，所述夹持钢板为倒T型钢板。进一步的，所述橡胶塞为楔形结构，具有窄口状的圆台和宽口状的圆台。

进一步的，所述玻璃管长度为20cm、40cm、60cm、80cm和100cm，所述玻璃管截面规格为内径5-10cm，外径6-11cm，壁厚5mm；所述短钢管孔径大小为1-3cm。

进一步的，所述橡胶塞宽口圆台直径6-11cm，高度2-4cm，通孔直径1-3cm；所述橡胶塞窄口圆台直径4-9cm，高度2-4cm，通孔直径1-3cm。

进一步的，所述短钢管外径1-3cm，内径0.6-2.6cm，壁厚2mm。进一步的，所述短钢管中与外部溢浆管连接的一端包裹有筛网，该筛网为0.075-0.5mm方孔的筛网。

本实用新型的优点在于：本设计的装置可以适应中粗砂、粗砂、粉细砂等不同类型的砂土介质、水泥浆或水泥-水玻璃双液浆等不同注浆材料的一维注浆模拟试验，能够在记录浆液扩散距离、时间的同时收集并测试其粘度，通过数据分析得到渗滤效应下浆液粘度在一维渗透路径上的变化函数，粘度测试完毕后可方便的取出结石体加工成试件，进行抗压强度测试等。

附图说明

图1为本实用新型的渗透注浆渗滤效应研究的试验装置的一维注浆玻璃管结构示意图。

图2为本实用新型的渗透注浆渗滤效应研究的试验装置的组装状态结构示意图。

图3为本实用新型的渗透注浆渗滤效应研究的试验装置的平台板螺栓孔位置分布结构示意图。

图4为本实用新型的渗透注浆渗滤效应研究的试验装置的夹持钢板结构示意图。

图5为本实用新型的渗透注浆渗滤效应研究的试验装置的夹持钢板1-1剖面结构示意图。

图6为本实用新型的渗透注浆渗滤效应研究的试验装置的夹持钢板2-2剖面结构示意图。

图7为本实用新型的渗透注浆渗滤效应研究的试验装置的夹持钢板3-3剖面结构示意图。

图中编号代表：1-短钢管；2-橡胶塞；3-玻璃管；4-砂土介质；5-垫块；6-平台板；7-螺栓；8-夹持钢板；9-支腿；10-注浆胶管；11-筛网；12-溢浆管；13-浆液；14-烧杯； 15-圆形螺栓孔；16-方形螺栓孔。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本设计为解决其技术问题所采用的技术思路是：采用两端开口的透明玻璃管3作为一维渗透注浆路径。玻璃管3透明，其上刻有刻度，可观察和记录注浆过程中浆液13锋面的渗透速度、时间以及扩散距离。为深入研究浆液13渗透过程中，沿渗透路径不同位置处的浆液粘度空间变化，方便收集到指定点处的浆液13，玻璃管3设计为长度不一的多根玻璃管3配合使用，本实用新型设计玻璃管3长度为20cm、40cm、60cm、80cm和100cm，当然也可以是其他尺寸。其截面规格为：内径5-10cm，外径6-11cm，壁厚5mm；所述短钢管孔径大小为1-3cm。玻璃管3两端用中空橡胶塞2封口，短钢管1穿入橡胶塞2孔中并与注浆胶管10连接，以便于注浆。为使橡胶塞2有良好的密封性能且方便装卸，其形状设计为有窄口和宽口的圆台形状。其尺寸为宽口圆台直径6-11cm，高度2-4cm，通孔直径 1-3cm。窄口圆台直径4-9cm，高度2-4cm，通孔直径1-3cm。

玻璃管3不能单独使用，需为其设计专门安置台架，本实用新型设计的试验台架可以适应不同长度的玻璃管3注浆要求。方案如下：在一块钢板上指定位置打孔，孔位能保证夹住玻璃管3两端的夹板固定在指定位置。通过夹板移动以适应不同长度玻璃管3注浆要求。夹板指定位置设计有孔，方便注浆管引出，孔径大小为4cm。试验台架下面有四根钢筋与平板焊接形成支腿9，保证台架有一定高度。为方便收集浆液13，在一侧夹板下方放一个烧杯14，现场收集浆液13后可立即通过旋转粘度仪测其粘度。

注浆结束后，将玻璃管3内的结石体取出，分割成若干块，在压力机上分别进行抗压强度试验，可以测定沿渗透路径不同位置的结石体强度，进行可以对注浆效果进行评价。

本申请为一种渗透注浆渗滤效应研究的试验装置，包括：两端开口的透明的玻璃管3，该玻璃管3用以盛装试验用的注浆砂土介质4、作为一维渗透注浆路径；且在玻璃管3上设有刻度，该刻度用以观察和记录注浆过程中浆液13锋面的扩散距离，并通过记录渗透时间确定浆液13锋面的扩散速度；玻璃管3的两端开口内设置橡胶塞2，该橡胶塞2为中空结构、预留通孔，该橡胶塞2用以封口；橡胶塞2的通孔内穿入短钢管1，且一端的短钢管1与外部注浆胶管10连接，用以于注浆，另一端的短钢管1与外部溢浆管12连接，用以于收集经过玻璃管3渗滤后流出的浆液13；

台架，包括支腿9、平台板6、夹持钢板8、垫块5；所述平台板6设置在所述支腿9 上；所述平台板6上设置有若干组距离不同的螺栓孔；每两块所述夹持钢板8为一组，该夹持钢板8与平台板6上的螺栓孔通过螺栓7连接；所述垫块5垫设在所述平台板6与所述玻璃管3之间。

进一步的，所述玻璃管3包括长度不一的多根玻璃管3，用以收集沿渗透路径不同长度位置处的浆液13。

进一步的，所述玻璃管3为高强度有机玻璃管3。进一步的，所述夹持钢板8为倒T型钢板。

进一步的，所述橡胶塞2为楔形结构，具有窄口状的圆台和宽口状的圆台。进一步的，所述玻璃管3长度为20cm、40cm、60cm、80cm和100cm，所述玻璃管3截面规格为内径 5-10cm，外径6-11cm，壁厚5mm；所述短钢管孔径大小为1-3cm。

进一步的，所述橡胶塞2宽口圆台直径6-11cm，高度2-4cm，通孔直径1-3cm。所述橡胶塞窄口圆台直径4-9cm，高度2-4cm，通孔直径1-3cm。

本设计的装置可以适应中粗砂、粗砂、粉细砂等不同类型的砂土介质、水泥浆或水泥-水玻璃双液浆等不同注浆材料的一维注浆模拟试验，能够在记录浆液扩散距离、时间的同时收集并测试其粘度，通过数据分析得到渗滤效应下浆液粘度在一维渗透路径上的变化函数，由于试验在有机玻璃管3中进行，粘度测试完毕后可方便的取出结石体加工成试件，进行抗压强度测试等。

下面结合附图和实施例对本实用新型涉及的装置做进一步说明。

有机玻璃管3作为渗透注浆中介质的容器，设计如图1所示。

有机玻璃管3内装满试验用的砂土作为注浆介质，两端用圆台形橡胶塞2堵口。橡胶塞2预留孔洞，作为连接管和溢浆管12与玻璃管3的连接通道。其中，连接管与注浆泵的高压注浆管相连接，可以将注浆材料通过连接管泵入玻璃管3中，溢浆管12管口位置放置烧杯14，方便收集溢出的浆液13。玻璃管3上刻有刻度线，在注浆过程中，可以观察和记录不同时刻浆液13锋面位置以及到达某一位置的时间。当需要取样进行分析结石体中不同位置试件的抗压强度时，只需要取下橡胶塞2，用木棍等轻推结石体一侧，管内结石体将自动脱出，非常方便。

为固定注浆玻璃管3，并满足不同长度玻璃管3注浆需求，设计了小型台架。台架两侧各有一块夹持钢板8与平台板6通过螺栓7连接。且在平台板6上设置了特定间距的螺孔，保证两块夹持钢板8能够移动并与平台板6可靠固定，以适应不同玻璃管3注浆的需求。玻璃管3下方垫两块垫块5，以保证玻璃管3一定高度。玻璃管3和试验台架的组合如图2所示。

如前所述，为保证两侧夹持钢板8间距可以调整，以适应不同长度玻璃管3，在台架平台板6上特定位置预留有螺栓孔，当需要固定某一长度玻璃管3时，仅需将T型板移动至指定位置，通过螺栓孔与平台板6连接。平台板6上螺栓孔布置如图3所示。

如图3所示，平台板6上螺栓孔有圆形螺栓孔15和方形螺栓孔16之分。四个圆形螺栓孔15固定其中一块T型板并保持不动，仅需将另外一块T型板通过不同位置方形螺栓孔16连接即可实现间距的改变。之所以设计为方形螺栓孔，主要是考虑了制作误差以及橡胶塞2弹性变形因素，保证两块T型夹持钢板8能有效夹住玻璃管3。

利用渗透注浆渗滤效应研究的试验装置进行渗透注浆渗滤效应试验的方法，

步骤一：组装台架，根据玻璃管3长度将夹持钢板8固定于平台板6上的螺栓孔上；

步骤二：将砂土介质4装入玻璃管3中，按照规定的孔隙率压实后，用橡胶塞2封口；

步骤三：将玻璃管3放在垫块5上，夹持钢板8将玻璃管3加紧；

步骤四：在其中一根短钢管1的一头包裹一层0.075mm方孔的筛网11。

步骤五：在玻璃管3两端橡胶塞2的通孔中安装短钢管1，短钢管1分别连接溢浆管12和外部注浆胶管10，溢浆管12管口下方放置一个烧杯14，外部注浆胶管10接注浆泵的高压注浆管，高压注浆管与注浆泵连接好；

步骤六：安装旋转粘度计，将旋转粘度计机头的升降夹头装在立柱上并拧紧锁定螺钉，以固定住旋转粘度计机头，并调节底座水平调节螺钉，使旋转粘度计机头上的水准泡处于中间位置。

步骤七：利用旋转粘度计根据不同粘度浆液标定转子时给定的量程表选择转子号和转速，并将选择好的转子安装在旋转粘度计机头上；

步骤八：准备工作完成后，开动注浆泵，以0.1-0.8Mpa注浆压力进行注浆；通过玻璃管3上的刻度记录浆液13锋面到达某一位置的时间以及扩散距离；

步骤九：烧杯14收集到400-600ml浆液13后，关闭注浆泵，停止注浆，将烧杯放置在已安装在旋转粘度计机头上的转子正下方，并调节升降旋钮，使转子的液面标志与烧杯中浆液液面齐平后，开动旋转粘度计转子，仪器将自动测试并记录浆液粘度。

步骤十：粘度测试完成后，取下玻璃管3两端的外部溢浆管12和注浆胶管10，松开夹持钢板8，连同玻璃管3、橡胶塞2和短钢管1一并取出。

步骤十一：9-24h后，渗透到砂土介质4中的浆液凝结硬化，砂土介质4胶结形成结石体，此时拨出橡胶塞2及短钢管1，用木棍等将结石体推出，利用电锯将结石体切割成长度为玻璃管3直径两倍的若干段试件。

步骤十二：将切割成的若干段试件分别置于压力机上进行抗压强度测试，记录各试件的抗压强度值。

步骤十三：利用不同长度的玻璃管3分别重复以上步骤，记录各组试验下浆液13锋面到达某一位置的时间、扩散距离、浆液粘度及结石体强度等数据。

步骤十四：数据处理，通过各组试验得到的浆液13锋面到达某一位置的时间以及扩散距离得到浆液沿一维渗透路径上的渗透速度和浆液扩散距离的函数关系，通过各组试验得到的浆液13粘度得到一维渗透路径上的粘度和浆液扩散距离的函数关系，通过各组试验得到的结石体抗压强度得到一维渗透路径上结石体抗压强度和浆液扩散距离的函数关系。

本设计的装置可以适应中粗砂、粗砂、粉细砂等不同类型的砂土介质、水泥浆或水泥 -水玻璃双液浆等不同注浆材料的一维注浆模拟试验，能够在记录浆液扩散距离、时间的同时收集并测试其粘度，通过数据分析得到渗滤效应下浆液粘度在一维渗透路径上的变化函数，粘度测试完毕后可方便的取出结石体加工成试件，进行抗压强度测试等。本申请能够记录浆液渗透过程中的扩散距离、时间，并测试其渗滤效应下的粘度变化及结石体强度变化，安装使用方便，观察直观。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种渗透注浆渗滤效应研究的试验装置，其特征在于，包括：

两端开口的透明的玻璃管(3)，该玻璃管(3)用以盛装试验用的注浆砂土介质(4)、作为一维渗透注浆路径；且在玻璃管(3)上设有刻度，该刻度用以观察和记录注浆过程中浆液(13)锋面的扩散距离，并通过记录渗透时间确定浆液(13)锋面的扩散速度；玻璃管(3)的两端开口内设置橡胶塞(2)，该橡胶塞(2)为中空结构、预留通孔，该橡胶塞(2)用以封口；橡胶塞(2)的通孔内穿入短钢管(1)，且短钢管(1)的一端与外部注浆胶管(10)连接，用以于注浆，短钢管(1)的另一端与外部溢浆管(12)连接，外部溢浆管(12)管口下方放置一个烧杯(14)，用以于收集经过玻璃管(3)渗滤后流出的浆液(13)；

台架，包括支腿(9)、平台板(6)、夹持钢板(8)、垫块(5)；所述平台板(6)设置在所述支腿上；所述平台板(6)上设置有若干组距离不同的螺栓孔；每两块所述夹持钢板(8)为一组，该夹持钢板(8)与平台板(6)上的螺栓孔通过螺栓(7)连接；所述垫块(5)垫设在所述平台板(6)与所述玻璃管(3)之间。

2.如权利要求1所述的一种渗透注浆渗滤效应研究的试验装置，其特征在于：所述玻璃管(3)包括长度不一的多根玻璃管(3)，用以收集沿渗透路径不同长度位置处的浆液(13)。

3.如权利要求1所述的一种渗透注浆渗滤效应研究的试验装置，其特征在于：所述玻璃管(3)为高强度有机玻璃管。

4.如权利要求1所述的一种渗透注浆渗滤效应研究的试验装置，其特征在于：所述夹持钢板(8)为倒T型钢板。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种渗透注浆渗滤效应研究的试验装置，其特征在于：所述橡胶塞(2)为楔形结构，具有窄口状的圆台和宽口状的圆台。

6.如权利要求5所述的一种渗透注浆渗滤效应研究的试验装置，其特征在于：所述玻璃管(3)长度为20-100cm，所述玻璃管(3)截面规格为内径5-10cm，外径6-11cm，壁厚5mm；所述短钢管(1)孔径大小为1-3cm。

7.如权利要求6所述的一种渗透注浆渗滤效应研究的试验装置，其特征在于：所述橡胶塞(2)宽口圆台直径6-11cm，高度2-4cm，通孔直径1-3cm；所述橡胶塞(2)窄口圆台直径4-9cm，高度2-4cm，通孔直径1-3cm。

8.如权利要求7所述的一种渗透注浆渗滤效应研究的试验装置，其特征在于：所述短钢管(1)外径1-3cm，内径0.6-2.6cm，壁厚2mm。

9.如权利要求8所述的一种渗透注浆渗滤效应研究的试验装置，其特征在于：所述短钢管(1)中与外部溢浆管(12)连接的一端包裹有筛网(11)，该筛网(11)为0.075-0.5mm方孔的筛网。