CN210571634U - 一种注浆试样基本物理指标的测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种注浆试样基本物理指标的测试系统，系统包括：可拆开从而可取出试样的注浆室，所述注浆室的底部设有注浆管，所述注浆室顶部的盖体设有排泄管；与所述注浆管连通的用以容纳设定配比浆液的浆液室；与所述排泄管连通的用以采集排泄液的集水室；用以称量所述浆液室重量的第一测量装置；用以称量所述集水室中所述排泄水重量的第二测量装置。可以在注浆过程中实现对浆液充填量的参数控制，从而制备处能够有效模拟工程实际注浆土层的注浆试样。

Description

一种注浆试样基本物理指标的测试系统

技术领域

本发明涉及隧道注浆与突水突泥治理技术领域，具体涉及一种注浆试样基本物理指标的测试系统，主要适用于富水风化岩隧道注浆模拟与突水治理技术研究的室内试验。

背景技术

在富水风化岩隧道建设过程中，由于地层强度及稳定性低，在施工扰动下极易产生突涌水灾害，甚至引发隧道结构破坏、地表塌陷、房屋开裂及水源枯竭等次生灾害，工程中常采用注浆技术提高地层强度和稳定性。注浆方案的科学制定离不开对被注浆地层物理、力学指标的准确试验测定。对于注浆岩土体物理、力学性质的测定试验分为现场原位测试和室内试验两种。现场原位测试就是在土层原来所处的位置基本保持土体的天然结构、天然含水量以及天然应力状态下，测定土的工程力学性质指标。虽然其能快速且完整地获取反映注浆岩土体宏观结构特征的工程性状参数，但由于测试周期长，在人力、物力和时间上耗费较大，成本高等限制因素，使得人们在很多时候不得不放弃该测试方案，转而采用室内试验的方法进行注浆体指标测试。室内试验成功与否的关键就在于所采用的注浆试样的工程适用性是否良好。

然而目前阶段，试样的制作大多依然采用传统的手动均匀搅拌近似模拟或微型注浆泵进行手动操控注浆，不光试验偶然性误差极大，整个注浆过程中的各个参数也得不到精确有效地控制，导致最后测出的注浆试样工程指标与实际注浆体相差巨大；此外，现有技术中，对于注浆土体试样的物理性质指标的测试，需要将制作好的试样取出，并再单独针对试样按照相关标准进行相应的试验进行测定。目前的实验装置并没有可以直接对注浆土体测量的装置。

因此，如何制作能保证工程参数可信度室内模拟注浆实验试样已经成为了一个亟待解决的难题，急需发明一种高效、可靠、易于操作、注浆过程多参数可控、且可以直接对注浆试样进行物理指标测量的测试方法，以及相应的自动化配套试验装置。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的至少在于为富水风化岩隧道注浆模拟与突水治理技术研究的室内试验制备提供一种更为完善的注浆试样物理指标的测试方法及测试系统。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请实施例提供一种注浆试样基本物理指标的测试系统，包括：

可拆开从而可取出试样的注浆室，所述注浆室的底部设有注浆管，所述注浆室顶部的盖体设有排泄管；

与所述注浆管连通的用以容纳设定配比浆液的浆液室；

与所述排泄管连通的用以采集排泄水的集水室；

用以称量所述浆液室重量的第一测量装置；

用以称量所述集水室中孔隙水排泄量的第二测量装置。

在一个实施方式中，所述注浆管为可拆卸的设于所述注浆室内的注浆硬管，所述浆液室通过注浆软管与所述注浆硬管连通，所述注浆硬管的材料强度为……及以下。通过设置可拆卸的注浆管，在注浆试验结束后，可将注浆硬管和试样一同取出，直接用于各种土体测定试验，如单轴压缩、三轴剪切、直剪、渗透及抗冲刷等多种主流土工力学试验。为工程实际提供充足的物理与力学参数。

所述注浆软管上设有流速调节器和/或压力传感器。压力传感器与压力表相连，压力传感器可以测量注浆软管中流动浆液的压力，并将收集的数据传到压力表，显示读数。流速调节器可通过机柜上流速调节器旋钮调节，以控制注浆软管被浆液的流动速度，数据由流速传感器收集。通过这种设置，可以控制注浆过程中的浆液施压、注浆流速及流量，有效控制劈裂注浆，从而制备出能够有效模拟工程实际注浆土层的试样。

在一个实施方式中，所述注浆室为可沿纵向拆开的圆筒体结构，所述圆筒体结构包括若干圆筒体单元，根据调整所述圆筒体单元的数量，确定制备土样的试件长度圆筒体单元之间在端部拼接。在制样的过程中只涉及一种方法、一套设备和多套模具，可以控制注浆体尺寸及龄期，过程明了、操作简便、容易上手；且制样时间短，效率高。

在一个实施方式中，所述注浆室的顶部盖体为可拆卸盖体，所述注浆室还设有可从所述注浆室的顶部开口伸入、可沿所述注浆室的轴向运动并可控制位移量的压头，所述压头与所述注浆室的横截面尺寸相匹配，所述压头上设有用以所述注浆管穿过的过孔。通过压头和注浆管的结构设计，通过压头实现对土样的分层压实，可以集原土体压密和注浆实验为一体。由于土样的压实过程与土体的形成过程相似，并且通过控制压头的位移量，可以实现在压实土样的过程中对其孔隙率的控制，从而可以使土样比较准确的反应原状土本身的空间结构、交叉结构和叠聚体特性。此外，土样在制备完成后，可以直接进行持续的注浆试验，可以模拟注浆过程中浆液对土体的劈裂作用所产生的劈裂通道对土体性能的影响。能够从制土拌浆伊始到劈裂注浆结束，实现对原土体种类及含水率、原土体密实度的参数控制。

在一个实施方式中，测试系统还包括用以配置设定配比的浆液的浆液搅拌室，所述浆液搅拌室的输出管与所述注浆室的注浆管连通，所述浆液搅拌室设置相互独立的水泥放置口和注水口。通过设置浆液搅拌室，可以控制浆液种类及水灰比，可以实现注浆浆液的制备装置与注浆试验装置的一体化，可以有效控制水泥浆配比，使得注浆试验的整体流程更加简便快捷。

在一个实施方式中，测试系统还包括数据采集与处理反馈系统，所述数据采集与处理反馈系统包括采集装置，所述采集装置用以采集所述注浆室的体积V、所述土样原始的三项物理指标原始土粒密度ρ_s、原始含水率ω、原始密度ρ、所述注入浆液的水灰比c、所述净注入浆液量m，并通过以下公式得到固结后注浆试样的三项基本物理指标，所述固结后注浆试样的三项基本物理指标包括固结土粒密度ρ‘_s，固结含水率ω‘和固结密度ρ’，

其中，

d_s′＝d_s+m/ρ_wV_s，

ω'＝ωd_sρ_wV_s/(d_sρ_wV_s+m)×100％，

ρ'＝(d_sρ_wV_s+m)/V，

其中，

v_s＝Vρ/(ρ_wd_s(1+ω))，

d_s为土粒比重，ω为试样含水率，均为无量纲单位；

m为水泥浆质量，单位为g,

ρ为土体天然密度，ρ_w为水的密度，单位为g/cm³,

V_s为土颗粒体积，V为注浆室的体积，单位为cm³。

所述数据采集与处理反馈系统包括用以采集注浆浆液量的第一数据采集装置、用以采集所述注浆管的注浆压力的第二数据采集装置和用以采集孔隙水排泄量的第三数据采集装置；所述第一数据采集装置为用以监测所述第一测重装置的显示读数的第一红外线摄像头；所述第二数据采集装置为用以监测压力表读数的第二红外线摄像头，所述压力表设在所述注浆管上；所述第三数据采集装置为用以监测所述第三测重装置的显示读数的第三红外线摄像头。可以自动采集计算注浆土体所需要的相关参数，进行数据收集与集中处理，实现试验低误差与自动化。

第二方面，本申请实施例还提供了一种注浆试样基本物理指标的测试方法，包括以下步骤：

将土体或土样置于体积相匹配的设定体积的注浆室中，获取所述土样的原始三项物理指标，所述注浆室的底部设有用以注浆的注浆管，所述注浆室顶部设有排泄管；

通过所述注浆管向所述土样注入设定配比的浆液，通过第一测量装置测量注入的所述浆液的重量，通过第二测量装置测量从所述注浆室排泄管排出的孔隙水量，进而获得所述试样的净注入浆液量；

通过所述土样的原始三项物理指标、所述注浆室的体积、及设定配比的所述净注入浆液量，得到固结后注浆试样的三项基本物理指标。

在一个实施方式中，将预先制备好的所述土样置于所述注浆室中，所述土样的原始三项物理指标在预先的制备过程中获得。将预先制备好的土样放入注浆室中，可以利用设于注浆室底部外的注浆管通过压力向注浆室内注入浆液。

在本申请的另一个实施方式中，所述土样由所述土体在所述注浆室中制备，用以制作所述土样的所述土体的颗粒密度和土体含水率在倒入所述注浆室前预先测量，将所述土样制备完成后，利用所述注浆室顶部的盖体密闭盖盒。

利用压头将所述土体在所述注浆室中分层压实得到所述土样。所述土样的孔隙率通过控制所述压头每次压实的深度确定。

通过浆液搅拌室向所述注浆管注入浆液，所述第一测量装置为称量所述浆液搅拌室的第一电子秤，通过测量所述浆液搅拌室的质量差，获取所述注入的浆液重量；所述排泄管通过管路与集水室连通，所述第二测量装置为称量所述集水室的第二电子秤，通过测量所述集水室的质量差，获取所述注浆室排泄管排出的孔隙水排泄量。

获取所述注浆室的体积V、所述土样原始的三项物理指标原始土粒比重d_s、含水率ω、土颗粒天然密度ρ、所述注入浆液的水灰比c、所述净注入浆液量m，并通过以下公式得到固结后注浆试样的三项基本物理指标，所述固结后注浆试样的三项基本物理指标包括固结土粒密度ρ‘_s，固结含水率ω‘和固结密度ρ’，

d_s′＝d_s+m/ρ_wV_s，

ω'＝ωd_sρ_wV_s/(d_sρ_wV_s+m)×100％，

ρ'＝(d_sρ_wV_s+m)/V，

其中，

v_s＝Vρ/(ρ_wd_s(1+ω))，

d_s为土粒比重，ω为试样含水率，均为无量纲单位；

m为水泥浆质量，单位为g,

ρ为土体天然密度，ρ_w为水的密度，单位为g/cm³,

V_s为土颗粒体积，V为注浆室的体积，单位为cm³。

本发明实施方式提供的上述技术方案，可以在注浆过程中实现对浆液充填量的参数控制，从而制备处能够有效模拟工程实际注浆土层的注浆试样。可以通过测试系统直接获得计算固结试样的三项基本物理指标的所有相关参数，从而直接获得注浆土体的基本物理指标，而无需将制作好的试样取出，再单独针对试样按照相关标准进行相应的试验进行基本物理指标的测定。通过设置可拆开的注浆室，可以在试样注浆固结后直接将试样取出，因此制作出的试样适用性强，几乎可以无需任何后期处理地直接用于各种土体物理指标测定试验，和单轴压缩、三轴剪切、直剪、渗透及抗冲刷等多种主流土工力学试验。为工程实际提供充足的物理与力学参数。这种注浆试验不仅适用于富水风化花岗岩注浆模拟，砂层的渗透注浆、黏土的挤密注浆及劈裂注浆都适合。工程上，在地基软弱土注浆加固、矿山软弱破碎带注浆加固领域都有一定适用性。

附图说明

图1为一种注浆试样基本物理指标的测试系统的机柜内部构造图。

图2为一种注浆试样基本物理指标的测试系统的机柜外部构造图。

图3为一种注浆试样基本物理指标的测试系统中注浆室模型图。

元件标号说明

11 注浆室

12 注浆室盖

13 凡士林土层

14 电动升降机

15 直尺

16 压头

21 注水口

22 注水管

23 注水管阀门

24 水泥放置口

25 水泥放置管

26 水泥放置管阀门

27 浆液搅拌室

28 电动搅拌器

29 第一电子秤

311 第一阀门

31 第一浆液输送管

32 水压力泵

331 第二阀门

33 第二浆液输送管

34 储浆室

35 吸浆管

36 注浆泵

37 注浆软管

38 注浆硬管

381 梅花孔

39 电动螺旋升降机

41 压力传感器

42 压力表

43 流速调节器

44 流速传感器

51 排水管

52 排水管阀门

53 集水室

54 泄水管

55 泄水管阀门

56 水槽

57 第二电子秤

61 电源箱

62 电源柜

63 线路

71 第一红外线摄像头

72 第二红外摄像头

73 第三红外摄像头

74 数据采集器

75 终端设备

801 电源总开关键

802 电动螺旋升降机控制键

803 水泥放置管阀门旋钮

804 注水管阀门旋钮

805 电动搅拌器旋钮

806 第一阀门旋钮

807 第二阀门旋钮

808 水压力泵按钮

809 注浆泵按钮

810 流速调节器旋钮

811 泄水管阀门旋钮

812 电动升降机控制键

813 第一电子秤开关键

814 第一电子秤清零键

815 第二电子秤开关键

816 第二电子秤清零键

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“设置”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本申请实施例提供一种注浆试样基本物理指标的测试系统，包括土样制备系统、制浆系统、注浆系统、流速调节与压力监控系统、排泄水系统、电源系统、数据采集与处理反馈系统和将上述各系统集成至内部的机柜。

所述的土样制备系统包括注浆室11、注浆室盖12、凡士林涂层13、电动升降机14、直尺15和压头16。其中，注浆室11采用透明厚有机玻璃制成，由两个半圆筒体沿纵向拼接而成。注浆室11可分为单圆筒形式与三圆筒形式两种：单圆筒上下缘各自设法兰盘，上面设同样形式的法兰孔，内部空间尺寸φ61.8mm×40mm，三圆筒形式内部空间尺寸φ61.8mm×125mm；三圆筒形式由三个单圆筒两两同圆心堆叠而成，圆筒之间各自垫有防水橡胶层，形式与法兰盘相一致，厚度为2.5mm，两两经法兰连接在一起，最下端与机柜原设的法兰孔对齐，用螺栓组固定。注浆室盖12为透明厚玻璃板制成的圆形实心板，尺寸为φ61.8mm×6mm，沿圆周开均匀螺孔，与圆筒顶法兰孔对齐，用螺栓组连接，将圆筒顶部封住。注浆室内的底部设有竖向设置的注浆硬管38，注浆硬管的侧面设有若干注浆孔。整个注浆室11内侧均涂有厚约0.5mm的凡士林涂层13。电动升降机14为市场上常见的机型，具体为螺旋升降机，其底部固定在机柜0上，电动升降机包括水平设置的活动杆支撑部，活动杆支撑部的末端设于注浆室的开口正上方，活动杆穿过活动杆支撑部的末端进行升降运动。在活动杆支撑部上，竖直的设有直尺。活动杆的底端与压头的上表面以可沿轴向自转的方式连接，压头上设有供注浆硬管穿过的内圆孔，内圆孔的直径与注浆硬管的直径相同。

制作试样时，试验人员操控电动升降机控制键，可控制压头的匀速上升与下降，并将放入注浆室的土体分层压实到规定密实度，从而得到密度等于天然密度的土样：每次放入设定量的土体，利用将压头多次压实土层，一直达到该次压实的设定深度，然后放入下一层土体，再利用压头多次压实该土层至另一设定深度，重复上述步骤直至完成所有土层的压实。压头具体的升降高度可以由电动升降机上的直尺测量得出。土样制作完成后，将压头提升到高于注浆室的高度，并用注浆室盖将圆筒顶部封住，即可进行注浆试验。值得注意的是，土样是指注浆前用以模拟注浆的土样，试样是指注浆后的注浆试样。

可以理解的是，进行注浆试验的装置形式可以为多种，比如通过外接管路，利用市购的注浆泵与注浆硬管连通，将已经制备好的浆液放入储浆容器，注浆泵即可将储浆容器中的浆液注入注浆硬管中，实现对试样的劈裂注浆；此外，注浆系统和制浆系统与土样制备系统集成为一体的形式，也在本申请的保护范围之内，其详细结构介绍如下。

注浆系统主要包括第一阀门311、第一浆液输送管31、水压力泵32、第二阀门331、第二浆液输送管33、储浆室34、吸浆管35、注浆泵36、注浆软管37、注浆硬管38、梅花孔381和电动螺旋升降机39。第一阀门311和第二阀门331均为机械阀门，分别通过机柜0外部第一阀门旋钮86和第二阀门旋钮87控制开启和关闭，分别控制浆液在第一浆液输送管31和第二浆液输送管33的流动与阻隔。第一浆液输送管31和第二浆液输送管33均由硬橡胶材料制成，分别连通浆液搅拌室27与水压力泵32和水压力泵32与储浆室34。水压力泵32可通过机柜0上水压力泵旋钮88调节，以提供0MPa～0.4MPa的抽水压力，把浆液从位于相对低处的浆液搅拌室27输送到位于相对高处的储浆室34中。吸浆管35由不锈钢制成，一端和注浆泵36相连，另一端伸入储浆室34内，与底部相距5毫米，是浆液从储浆室34流入注浆泵36的通道。注浆泵36可通过机柜0上注浆泵旋钮89调节，以提供0MPa～0.6MPa的注浆压力，把浆液以不同的压力从储浆室34输送到注浆软管37内。注浆软管37是由硬橡胶材料制成的圆管，内直径为10mm，管壁厚1mm，分别与注浆硬管38和注浆泵36相连，将注浆泵36中带有压力的浆液运输到注浆硬管38中。注浆硬管38是由不锈钢材料制成的顶部开有梅花孔381的圆管，内径8mm，外径10mm，分别与注浆软管37和注浆室11的底部螺纹连接，把浆液从注浆软管37运输到注浆室11。注浆硬管38由电动螺旋升降机39通过卡槽固定，由机柜0上的电动螺旋升降机上/下键82可调节电动螺旋升降机39卡槽的上升或下降，继而可调节注浆硬管38伸入注浆室11的长度，范围为16mm～50mm，以适应不同规格注浆试样的注浆要求。电动螺旋升降机39是市场上常见的型号，具体采用蜗轮蜗杆升降机。

可以理解的是，对于注浆硬管与注浆室固定连接，即不设置电动螺旋升降机的情况，同样可以实现对试样的注浆，因此均在本申请的保护范围之内。对于需要针对不同试样长度的情况，可以将注浆硬管设置为可拆卸的多个硬管单元，每个硬管单元上均设有注浆孔，各硬管单元之间可以通过螺纹连接或卡接，通过调整硬管单元的数量来调整注浆硬管的总长度，以适应不同试样长度的情况。

此外，对于储浆室不与浆液搅拌室连通的情况，可以将事先制备好的浆液直接注入储浆室中，因此也在本申请的保护范围之内。

制浆系统由注水口21、注水管22、注水管阀门23、水泥放置口24、水泥放置管25、水泥放置管阀门26、浆液搅拌室27、电动搅拌器28和第一电子秤9组成。注水口21是50mm×70mm的矩形，是注水管22的入口，水可由此口注入到注水管22中。注水管22是由硬橡胶材料制成的圆管，内径为10mm，与浆液搅拌室27相连，可将从注水口21注入的水输送到浆液搅拌室27中，注水管阀门23是机械阀门，可通过机柜0上注水管阀门旋钮84控制其开启和关闭，进而控制水在注水管22中的流动和阻隔。水泥放置口24是50mm×70mm的矩形，是水泥放置管25的入口，水泥粉可由此口放入到水泥放置管25中。水泥放置管25是由硬橡胶材料制成的内壁涂有凡士林薄层的圆管，内径为10mm，与浆液搅拌室27相连，可将从水泥放置口24放入的水泥粉输送到浆液搅拌室27中，水泥放置管阀门26是机械阀门，可通过机柜0上水泥放置管阀门旋钮83控制其开启和关闭，进而控制水泥粉在水泥放置管25中的流动和阻隔。浆液搅拌室27是一个直径为200mm，高为300mm的圆筒形透明容器上侧无盖，容器上标有刻度。水泥粉和水注入浆液搅拌室27，可由电动搅拌器28搅拌均匀。电动搅拌器28可由机柜0上电动搅拌器旋钮85控制，可实现不同速率的搅拌，确保浆液能被搅拌均匀。第一电子秤9通过机柜0上第一电子秤开关键813控制其开启或关闭，通过第一电子秤清零键814控制数据清零可以精确测量不同时间段浆液搅拌室27中浆液的重量，实现浆液重量实时监控。

可以理解的是，在某些实施例中，可以将浆液搅拌室通过浆液压力泵直接与注浆硬管连接，而省去储浆室的设置。对于这种情况，同样在本申请的保护范围之内。

所述的流速调节与压力监控系统由压力传感器41、压力表42、流速调节器43、流速传感器44组成。注浆软管37上分别安装有压力传感器41和流速调节器43。压力传感器41又与压力表42相连，压力传感器41可以测量注浆软管37中流动浆液的压力，并将收集的数据传到压力表42，显示读数。压力表42的量程为1MPa。流速调节器43可通过机柜上流速传感器旋钮810调节，以控制注浆软管37被注浆液的流动速度，数据由流速传感器44收集。

所述的排泄水系统5由排水管51、排水管阀门52、集水室53、泄水管54、泄水管阀门55、水槽56、第二电子秤57组成。排水管51是由软橡胶材料制成的圆管，内直径为5mm，管壁厚0.8mm，分别与注浆室11和集水室53顶端相连，将注浆室11中的被注浆水压力挤出的孔隙水运输到集水室53中。排水管51上安装有排水管阀门52，排水管阀门52是机械阀门，可通过手动旋转阀门控制其开启和关闭，进而控制水在排水管51中的流动和阻隔。集水室53是直径为100mm，高为150mm的圆筒形透明容器上侧无盖，容器上标有刻度。泄水管54是由软橡胶材料制成的圆管，内直径为5mm，管壁厚0.8mm，分别与集水室53底部和水槽56相连，将集水室53中的水运输到水槽56中。泄水管54上安装有泄水管阀门55，泄水管阀门55是机械阀门，可通过机柜0上泄水管阀门旋钮811控制其开启和关闭，进而控制水在泄水管54中的流动和阻隔。第二电子秤57通过机柜0上第二电子秤开关键815控制其开启或关闭，通过第二电子秤清零键816控制数据清零可以精确测量不同时间段集水室53中浆液的重量，实现浆液重量实时监控。

所述的电源系统由电源箱61、电源柜62以及若干线路63组成。电源箱61是整个机柜0内所有线路63的汇集地，放置于电源柜62的内部，与外部总电源相连。通过机柜0上电源总开关键81可控制电源箱61与外部总电源之间的连接或切断。

所述的数据采集与处理反馈系统由第一红外线摄像头71、第二红外线摄像头72、第三红外线摄像头73、数据采集器74、输入设备、终端设备75组成。第一红外线摄像头71实时监控第一电子秤9读数和透明浆液搅拌室27中浆液的搅拌状态，并实时将图像信息传输到数据采集器74中。第二红外线摄像头72实时监控压力表42读数，并实时将图像信息传输到数据采集器74中。第三红外线摄像头73实时监控第二电子秤57读数，并实时将图像信息传输到数据采集器74中。数据采集器74中采集的数据信息最终汇总到终端设备75上，终端设备还设有输入设备，具体为用以输入数字的键盘，可以将测量的相关参数值，如原始的土粒比重d_s、含水率ω、天然密度ρ、注浆室体积V、浆液的水灰比c进行输入。终端设备通过第一红外线摄像头71和第三红外线摄像头获得净注入浆液量m，并通过下式得到注浆固结土粒比重d_s’,固结含水率ω‘和固结密度ρ’

d_s′＝d_s+m/ρ_wV_s，

ω'＝ωd_sρ_wV_s/(d_sρ_wV_s+m)×100％，

ρ'＝(d_sρ_wV_s+m)/V，

其中，

v_s＝Vρ/(ρ_wd_s(1+ω))，

d_s为土粒比重，ω为试样含水率，均为无量纲单位；

m为水泥浆质量，单位为g,

ρ为土颗粒天然密度，ρ_w为水的密度，单位为g/cm³,

V_s为土颗粒体积，V为注浆室的体积，单位为cm³。

可以理解的是，对于利用上述公式的变形公式所计算出的其他注浆土体的物理指标，均在本申请的保护范围之内。

此种注浆试样基本物理指标测试系统及方法的根本创新是能够从制土拌浆伊始到劈裂注浆结束，实现全流程各阶段对多种试验参数的控制，制备出能够有效模拟工程实际注浆土层的试样；核心优势是流程简单，制样高效：一种方法、一套设备、两套模具，实现短时间内低误差高效制样；基本竞争力是试样的试验适应性强：几乎可以无需任何后期处理地直接用于单轴压缩、三轴剪切、直剪、渗透及抗冲刷等主流土工力学试验。

一种注浆试样基本物理指标的测试方法，其步骤是：

土样的制备：

1)按下机柜上电源总开关键，打开电源开关。注浆室详细如大样图(三维图)所示，根据所服务的不同试验对试样规格要求的不同，分别采用单圆筒形式或法兰盘重合直径相堆叠，经螺栓连接在一起的三圆筒形式(单圆筒与单圆筒之间垫有防水密封橡胶层)作为注浆室。例如，将所制试样用于直剪或渗透试验时，注浆室应采用单圆筒形式；将所制试样用于单轴压缩或三轴剪切试验时，注浆室应采用三圆筒形式。注浆室内涂有凡士林层。

2)操控电动螺旋升降机上/下键，通过注浆硬管与机柜的螺纹连接，调整注浆硬管在注浆室中的高度，以使梅花孔在土样中达到适宜深度。

3)选择所需种类的试验用土体分批依次取适量(不宜过多)倒入注浆室内，操控电动升降机上/下键，调整环形压头高度位置(通过电动升降机上直尺测量)，匀速降落到注浆室中规定深度，将土体依次分层压实。待土体全部放入注浆室并压实后，用注浆室盖将注浆室顶部封起(注浆室盖中部连有排水管，排水管暂时用排水阀门封住)。

浆液的制备：

4)按注浆试验具体方案，选取所需的水泥种类，称取规定质量的水和水泥，分别放入机柜的注水口和水泥放置口。

5)通过旋转机柜上水泥放置管阀门旋钮，打开水泥放置管阀门，使水泥细粉从水泥放置管流入浆液搅拌室中。再通过旋转机柜上水泥放置管阀门旋钮，关闭水泥放置管阀门。

6)通过旋转机柜上注水管阀门旋钮，打开注水管阀门，使水从注水管流入浆液搅拌室中。再通过旋转机柜上注水管阀门旋钮，关闭注水管阀门。

7)保持第一阀门关闭，通过旋转机柜上电动搅拌器旋钮角度大小来控制电动搅拌器开关及搅拌速度，用第一电子秤(第一电子秤通过机柜上第一电子秤开关键控制其开启或关闭，通过第一电子秤清零键控制数据清零)测量浆液质量。浆液搅拌室中浆液搅拌情况和第一电子秤的读数由第一红外线摄像头监控，并通过数据采集器反馈于终端设备。

劈裂注浆：

8)待浆液搅拌完成后，通过旋转机柜第一阀门旋钮，打开第一阀门；通过旋转机柜第二阀门旋钮，打开第二阀门，按下机柜上水压力泵按钮打开水压力泵，使浆液得以通过浆液输送管1，经水压力泵加压，再通过浆液输送管2流入储浆室。依次关闭第二阀门和水压力泵。

9)按下机柜上注浆泵按钮，打开注浆泵，打开排水管阀门，使得浆液得以从吸浆管，经注浆泵加压再通过注浆软管、注浆硬管经梅花孔注入注浆室的预制土样中。注浆软管上分别安装有压力传感器和流速调节器。压力传感器与压力表相连，压力表的读数显示注浆软管中液体压力的大小。压力表的读数由第二红外线摄像头监控，并通过数据采集器反馈于终端设备。流速调节器可以调节注浆软管中液体的流速，具体可以通过机柜上流速调节器旋钮控制，流速调节器与流速传感器相连，再通过数据采集器反馈到终端设备。

排泄水：

10)浆液经压力注入土体的过程中，原土样中原有的孔隙水会被压出，孔隙水经排水管流入集水室，集水室中水的质量由第二电子秤(第二电子秤通过机柜上第二电子秤开关键控制其开启或关闭，通过第二电子秤清零键控制数据清零)称出(泄水管阀门保持关闭)，由第三红外线摄像头监控，并通过数据采集器反馈于终端设备。

11)通过旋转机柜上泄水管阀门旋钮，打开泄水管阀门，让集水室中的水靠重力流入机柜外的水槽中。

本实施例具有以下优点和积极效果：

1)本实施例注浆全程摆脱传统的人工手动注浆，创新性地提供了一套集原土体压密、水泥浆配比搅拌、浆液施压、劈裂注浆、数据收集与集中处理等多流程为一体的试验装置，实现试验“低误差”与“自动化”。

2)本实施例能够从制土拌浆伊始到劈裂注浆结束，实现全流程各阶段对多种试验参数的控制，包括原土体种类及含水率、原土体密实度、浆液种类及水灰比、注浆流速及流量、浆液充填量、注浆体尺寸及龄期等等，从而制备出能够有效模拟工程实际注浆土层的试样。

3)本实施例在制样的过程中只涉及一种方法、一套设备和两套模具，过程明了、操作简便、容易上手；且制样时间短，效率高。

4)本实施例制作出的试样适用性强，几乎可以无需任何后期处理地直接用于各种土体物理指标测定试验，和单轴压缩、三轴剪切、直剪、渗透及抗冲刷等多种主流土工力学试验。为工程实际提供充足的物理与力学参数。

5)试样制备全程可对多个参数进行有效控制，包括原土体种类及含水率、原土体密实度、浆液种类及水灰比、注浆流速及流量、注浆体尺寸及龄期等等，从而能够在段时间内高效的制作出符合试验预期的标准试样，包括尺寸为φ61.8mm×40mm和φ61.8mm×125mm的圆柱体注浆试样。可以直接测得注浆土体密度、含水率、土粒比重三项基本物理指标，再通过公式换算得出注浆土体孔隙率、孔隙比、饱和度等更多物理指标。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种注浆试样基本物理指标的测试系统，其特征在于，包括：

可拆开从而可取出试样的注浆室，所述注浆室内的底部设有注浆硬管，所述注浆室的顶部盖体设有排泄管；

与所述注浆硬管连通的用以容纳设定配比浆液的浆液室；

与所述排泄管连通的用以采集排泄液的集水室；

用以称量所述浆液室重量的第一测量装置；

用以称量所述集水室中所述排泄液重量的第二测量装置。

2.根据权利要求1所述的注浆试样基本物理指标的测试系统，其特征在于，所述注浆硬管可拆卸的设于所述注浆室内，所述浆液室通过设于所述注浆室外部的注浆软管与所述注浆硬管连通。

3.根据权利要求2所述的注浆试样基本物理指标的测试系统，其特征在于，所述注浆软管上设有流速调节器和/或压力传感器，所述注浆室为可沿纵向拆开的圆筒体结构，所述圆筒体结构包括一个或多个圆筒体单元。

4.根据权利要求2所述的注浆试样基本物理指标的测试系统，其特征在于，所述注浆室的顶部盖体为可拆卸盖体，所述注浆室还设有可从所述注浆室的顶部开口伸入、可沿所述注浆室的轴向运动并可控制位移量的压头，所述压头与所述注浆室的横截面尺寸相匹配，所述压头上设有用以所述注浆硬管穿过的过孔。

5.根据权利要求1所述的注浆试样基本物理指标的测试系统，其特征在于，所述浆液室包括用以配置设定配比的浆液的浆液搅拌室和/或用以存储设定配比的浆液的储浆室。

6.根据权利要求1所述的注浆试样基本物理指标的测试系统，其特征在于，还包括数据采集与处理反馈系统，所述数据采集与处理反馈系统包括采集装置，所述采集装置用以采集所述试样原始的三项基本物理指标，即土粒比重、含水率、土颗粒天然密度，以及采集所述注浆室的体积、所述浆液的水灰比、净注入浆液量。

7.根据权利要求6所述的注浆试样基本物理指标的测试系统，其特征在于，所述数据采集与处理反馈系统包括用以采集注浆浆液量的第一数据采集装置、用以采集注浆软管的注浆压力的第二数据采集装置和用以采集孔隙水排泄量的第三数据采集装置；所述第一数据采集装置为用以监测所述第一测量装置的显示读数的第一红外线摄像头；所述第二数据采集装置为用以监测压力表读数的第二红外线摄像头，所述压力表设在注浆软管上；所述第三数据采集装置为用以监测所述第二测量装置的显示读数的第三红外线摄像头。

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