一種三維注漿試驗裝置及試驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三維注漿試驗裝置及試驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國基礎(chǔ)建設(shè)迅猛發(fā)展，地下工程日益增多。同時，工程建設(shè)中面臨的地質(zhì)條件更加復(fù)雜、各類災(zāi)害越發(fā)頻繁。為防治工程建設(shè)中的各類地質(zhì)災(zāi)害，通常采用比較成熟的注漿法對巖土介質(zhì)進(jìn)行治理，以達(dá)到加固巖土體結(jié)構(gòu)、封堵水力通道、避免產(chǎn)生次生災(zāi)害等目的。
[0003]目前，國內(nèi)外學(xué)者研制了一系列的試驗裝置，一定程度上推動了巖土介質(zhì)注漿理論的發(fā)展，對工程實踐提供了指導(dǎo)。
[0004]((INTERNAT1NAL JOURNAL FOR NUMERICAL AND ANALYTICAL METHODS INGEOMECHANICS))(《國際巖土力學(xué)數(shù)值和解析方法雜志》)2001年第25期介紹了瑞士一種三維柱狀模型。圓柱體Φ = 150cm、h = 120cm，上、下兩面加蓋，內(nèi)部預(yù)設(shè)Φ = 40mm的注楽管，注漿管中軸線與圓柱體中軸線重合，于注漿管中心±20cm的范圍內(nèi)鉆設(shè)40個Φ = 5mm的圓孔，可監(jiān)測不同擴(kuò)散距離處的壓力變化和位移變化。
[0005]中國專利CN 103954432 A介紹了一種傾角可變的模擬裂隙注漿模型試驗平臺，包括模擬裂隙、穩(wěn)壓水箱和可升降支座；其中，模擬裂隙包括兩塊玻璃板，下側(cè)玻璃板上設(shè)有注漿孔，兩塊玻璃板之間填充多孔介質(zhì)；穩(wěn)壓水箱與模擬裂隙的上側(cè)玻璃板鉸接，可升降支座固定在模擬裂隙的下側(cè)玻璃板的下端，可升降支座包括連接盤、升降桿和底座，連接盤固定在模擬裂隙的下側(cè)玻璃板上，升降桿固定在連接盤下端，升降桿另一端固定在底座上。
[0006]中國專利CN 204041117 U介紹了一種注漿施工過程中多參數(shù)實時監(jiān)測控制儀，其第一壓力傳感器放置在漿液桶的側(cè)桶的保護(hù)筒里，將壓力值轉(zhuǎn)換成電信號，電信號通過軟鋼管內(nèi)部的線路傳輸至顯示裝置；第二壓力傳感器通過注漿栗連接到漿液管上，將壓力值轉(zhuǎn)換成電信號，電信號通過數(shù)據(jù)線傳輸至顯示裝置。
[0007]上述文獻(xiàn)公開的注漿試驗裝置代表了國內(nèi)外比較先進(jìn)的注漿試驗裝置的技術(shù)，綜合分析上述試驗裝置，還存在以下不足之處:
[0008]1.三維柱狀模型的圓柱面及上、下面均為光滑面，未消除裝置的邊壁效應(yīng)。
[0009]2.裝置的可調(diào)性較差，適用范圍較窄，無法實現(xiàn)承壓狀態(tài)下注漿。
[0010]3.僅能模擬單一平板裂隙或蒙特卡洛型交叉裂隙，不能模擬巖土介質(zhì)注漿過程。
[0011]4.僅采用壓力傳感器對注漿過程進(jìn)行監(jiān)控，且安裝在漿液桶中的壓力傳感器并無實際的利用價值。
[0012]5.試驗裝置內(nèi)對填充材料的隔絕不充分，不利于對地層情況的模擬。
[0013]中國專利CN104297457A公開了一種三維注漿模型試驗裝置及試驗方法，其實現(xiàn)了在承壓狀態(tài)下注漿，解決了上述第2個問題，但對于上述其他問題，目前還沒有好的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種三維注漿試驗裝置及試驗方法，該試驗裝置消除了邊壁效應(yīng)，能夠真實模擬承壓狀態(tài)下的巖土介質(zhì)，實時監(jiān)測注漿過程中漿液動態(tài)參數(shù)和巖土介質(zhì)力學(xué)參數(shù)；該試驗方法操作性強，注漿過程可持續(xù)開展，有利于研究承壓狀態(tài)下漿液的擴(kuò)散規(guī)律及加固機理，為工程實踐提供指導(dǎo)。
[0015]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種三維注漿試驗裝置，包括模型艙架，模型艙架內(nèi)設(shè)有用于容納受注巖土介質(zhì)的填充空間，所述的模型艙架上設(shè)有插入受注巖土介質(zhì)內(nèi)部的注漿管和出漿管，出漿管用于試驗中漿液的排放以實現(xiàn)注漿的連續(xù)開展；填充空間的內(nèi)壁上設(shè)置有一層無棱角的粒料，所述粒料將填充空間的內(nèi)壁和受注巖土介質(zhì)隔離，從而消除邊壁效應(yīng)；所述受注巖土介質(zhì)的內(nèi)部布置與監(jiān)測平臺相連接的傳感器。
[0016]進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述填充空間的一側(cè)設(shè)置有加壓板，加壓板與加壓裝置相連接，加壓板對所述受注巖土介質(zhì)施加壓力從而使其處于承壓狀態(tài)。設(shè)置加壓板，可對模型艙架內(nèi)的受注巖土介質(zhì)施加不同的側(cè)向應(yīng)力，實現(xiàn)不同承壓狀態(tài)下的注漿。
[0017]進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述的加壓裝置包括油栗和液壓千斤頂，油栗與液壓千斤頂之間連接有進(jìn)油管和回油管；液壓千斤頂?shù)幕钊麠U驅(qū)動所述加壓板移動，液壓千斤頂在加壓板上均勻分布多個從而使加壓板平穩(wěn)移動。通過油栗和液壓千斤頂驅(qū)動加壓板，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，設(shè)置多個液壓千斤頂，能夠防止將加壓板頂偏。
[0018]進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述的模型艙架是由頂板、底板和側(cè)板組裝而成的長方體，從而使所述填充空間也呈長方體狀，以模擬三維狀態(tài)下漿液的擴(kuò)散規(guī)律，所述的側(cè)板包括前側(cè)板、后側(cè)板、左側(cè)板和右側(cè)板，模型艙架采用高強度螺栓組裝而成。
[0019]進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述的注漿管設(shè)置在頂板上，注漿管通過進(jìn)漿管與注漿栗相連。注漿管設(shè)置在頂板上，便于在受注巖土介質(zhì)填充完成后插入注漿管，為達(dá)到好的注漿效果，注漿管優(yōu)選設(shè)置在頂板的中心處。
[0020]進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述的出漿管在左側(cè)板和右側(cè)板上對稱的分布有多條。在模型的兩側(cè)設(shè)置出漿管，以利于漿液的排放，實現(xiàn)注漿的連續(xù)開展，且注漿范圍可達(dá)模型艙架的整個填充空間。
[0021]進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述的監(jiān)測平臺包括變送器和數(shù)據(jù)分析設(shè)備，所述的傳感器通過引線與變送器相連，變送器與數(shù)據(jù)分析設(shè)備相連。設(shè)置傳感器可進(jìn)行全過程注漿監(jiān)測，傳感器監(jiān)測的信號通過變送器轉(zhuǎn)換為可識別信號并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析設(shè)備，數(shù)據(jù)分析設(shè)備記錄并分析數(shù)據(jù)，為工程實踐提供指導(dǎo)。
[0022]進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述的傳感器包括土壓傳感器和滲壓傳感器，土壓傳感器和滲壓傳感器均采用光纖式傳感器。采用土壓傳感器監(jiān)測巖土介質(zhì)的力學(xué)參數(shù)，采用滲壓傳感器監(jiān)測漿液的動態(tài)參數(shù)，采用光纖式傳感器，檢測性能更高、更可靠，且安裝更為簡便。
[0023]進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述的粒料為礫石或者卵石，受注巖土介質(zhì)的內(nèi)部也布置有礫石或者卵石，可采用工程現(xiàn)場原狀礫石或卵石按現(xiàn)場實際分布情況進(jìn)行填充，也可采用天然礫石或卵石，以空隙率為控制指標(biāo)進(jìn)行分層填充。采用礫石或者卵石，成本低而且抗壓性好、耐磨耐腐蝕性好，非常適合應(yīng)用在注漿模型上。
[0024]本發(fā)明解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案還包括:一種三維注漿試驗方法，包括以下步驟:
[0025]步驟1):在模型艙架內(nèi)填充受注巖土介質(zhì)，在填充受注巖土介質(zhì)的過程中同步布置傳感器，以注漿孔為圓心，選定某條直徑，每隔10cm對稱間隔布置土壓傳感器和滲壓傳感器，然后將受注巖土介質(zhì)壓實。
[0026]步驟2):將模型艙架封閉，將注漿管插入受注巖土介質(zhì)內(nèi)。
[0027]步驟3):通過加壓板對受注巖土介質(zhì)進(jìn)行加壓，達(dá)到設(shè)計壓力后，停止加壓并保持壓力不變。
[0028]步驟4):進(jìn)行壓水試驗，檢查模型艙架的密封性及監(jiān)測試驗裝置運行狀態(tài)。試驗裝置運行狀態(tài)通過檢查土壓傳感器和滲壓傳感器的成活性來進(jìn)行監(jiān)測。
[0029]步驟5):通過注漿管向受注巖土介質(zhì)內(nèi)注漿，進(jìn)行注漿試驗，監(jiān)測漿液的動態(tài)參數(shù)和受注巖土介質(zhì)的力學(xué)參數(shù)。
[0030]楽液的動態(tài)參數(shù)包括流量、流速和密度等；受注巖土介質(zhì)的力學(xué)參數(shù)包括固結(jié)體強度和密度等。
[0031]注漿過程中，多余的漿液可通過出漿管流出，避免了漿液充滿模型艙后造成壓力急劇上升而注漿停止，保證了注漿的連續(xù)性；當(dāng)研究補償注漿時，初次注漿中多余的漿液可通過出漿管流出，待初次注漿結(jié)束后可直接開始二次注漿，以實現(xiàn)連續(xù)注漿。
[0032]步驟6):鉆孔取芯，檢查注漿效果。通過測定巖芯的取芯率、單軸抗壓強度及巖芯的滲透系數(shù)等來檢查注漿效果。
[0033]本發(fā)明的有益效果是:
[0034]1、設(shè)置加壓板，可對模型艙架內(nèi)的受注巖土介質(zhì)施加不同的側(cè)向應(yīng)力，實現(xiàn)不同承壓狀態(tài)下的注漿，同時，通過油栗和液壓千斤頂驅(qū)動加壓板，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，設(shè)置多個液壓千斤頂，能夠防止將加壓板頂偏；
[0035]2、模型艙架的內(nèi)壁與受注巖土介質(zhì)間采用無棱角的粒料(如礫石或者卵石)隔離，消除了邊壁效應(yīng)，避免了邊壁效應(yīng)影響傳質(zhì)效果；
[0036]3、模型艙架的兩側(cè)設(shè)置有出漿管，以利于漿液的排放，實現(xiàn)注漿的連續(xù)開展，且注漿范圍可達(dá)整個模型區(qū)域；
[0037]4、試驗裝置的密封效果好，對填充的受注巖土介質(zhì)的隔絕充分，長方體狀的模型便于研究三維狀態(tài)下漿液的擴(kuò)散規(guī)律，利于對地層情況的模擬，模型艙架內(nèi)的填充空間可填充巖石、砂土或碎石土，可模擬多種受注介質(zhì)，應(yīng)用范圍廣；
[0038]5、采用土壓傳感器監(jiān)測巖土介質(zhì)的力學(xué)參數(shù)，采用滲壓傳感器監(jiān)測漿液的動態(tài)參數(shù)，可以進(jìn)行全過程注漿監(jiān)測；
[0039]6、本發(fā)明的試驗方法操作性強，將受注巖土介質(zhì)壓實，能夠真實模擬承壓狀態(tài)下的巖土介質(zhì)，注漿過程可持續(xù)開展，有利于研究承壓狀態(tài)下漿液的擴(kuò)散規(guī)律及加固機理，為工程實踐提供指導(dǎo)。
【附圖說明】
[0040]圖1為本發(fā)明實施例的俯視圖(省略注漿栗及進(jìn)漿管);
[0041]圖2為本發(fā)明實施例的主視圖(省略油栗、進(jìn)油管和回油管);
[0042]圖3為本發(fā)明實施例的左視圖(省略注漿栗、進(jìn)漿管、油栗、進(jìn)油管和回油管)。
[0043]圖中:1出漿管，2側(cè)板，3加壓板，4注漿管，5液壓千斤頂，6油栗，7進(jìn)油管，8回油管，9注漿栗，10進(jìn)漿管，11 土壓傳