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专利申请书课案

说明书

一种可重复利用的饱水砂（土）层渗透注浆试验模型及渗透注浆机理研究方法

技术领域

本发明涉及一种可重复利用的饱水砂（土）层渗透注浆试验模型及渗透注浆机理研究方法，属于岩土工程技术领域。

背景技术

注浆是工程中为了加固地层或者防渗堵漏而采用的一种施工方法。

其原理是先预制一定配比的可凝固的浆液，然后利用注浆泵或者其他注浆器材将其灌入地层中。

浆液在地层中扩散，并与地层介质颗粒胶结在一起，在一定时间内发生固化，使土层或者建筑物的力学性能得到改善。

渗透注浆是指在不改变原来土体物理和力学性质的前提下，浆液在压力的作用下充填到土层的孔隙和岩石的裂隙中，并且将存在的自由水和气体排挤出孔隙，这种注浆方法所应用的注浆压力相对较小。

渗透注浆理论研究注浆过程中注浆压力、流量、扩散半径与注浆时间之间的关系，能够为注浆设计和岩土工程的现场施工提供科学依据，揭示浆液在岩土缝隙中的流动规律，同时也能反映工艺技术、浆材性质和地质情况之间的关系。

目前在渗透注浆领域，理论方面的研究滞后于工程实践，这主要是因为地质构造复杂，地层的孔隙分布难于模拟，且浆液运动扩散过程难于直接观察。

因此通过试验的方法研究渗透注浆理论是科学有效的。

国内学者进行过一些研究浆液在砂层介质中扩散过程的试验，推导了注浆过程中扩散半径与其他各种主要影响因素之间的关系，如李慎刚等通过室内模拟试验提出了渗流压力与浆液粘度间的定性关系。

但是这些试验并没有模拟在饱水砂层中注浆的情况，也未能研究出浆液的压力耗散及传递机理。

随着地下工程建设的蓬勃发展，社会对工程安全及经济、环保等综合效益的要求越来越高，相关的理论探索已迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种可重复利用的饱水砂（土）层渗透注浆试验模型。

本发明还提供一种利用上述试验模型研究渗透注浆扩散机理的方法。

本发明的技术方案如下：

一种可重复利用的饱水砂（土）层渗透注浆试验模型由试验主体系统，注浆系统，传感器系统，测量系统四部分组成。

所述试验主体系统是由钢化玻璃板、结构架、底座三部分组成的试验箱。

所述试验箱的外观尺寸长×宽×高为160cm×160cm×160cm。

所述钢化玻璃板共前、后、左、右、上、下六块，尺寸长×宽为150cm×150cm。

所述前面玻璃板中部预留1个半径为2mm的圆孔，用来插入注浆管；所述后面玻璃板预留5个半径为2mm的集线孔，用来将渗压计的数据传输线连到应变仪上；所述左、右面玻璃板预留4个半径为2mm的排水孔，用于在注浆过程中将水自由排出。

所述结构架及底座采用Q345B钢板组成，在四周的棱上，均用钢板焊接或者用螺栓连接，并且在前后左右四个面上均用钢板肋加固，增强试验箱的承压能力。

所述顶面的钢化玻璃板和钢板是可拆卸的，用来填料和卸料。

所述试验箱尺寸的设计主要应该考虑选用的浆液在试验设计的注浆压力下所能扩散的最大的范围，并且浆液的扩散还具有各向同性的特点。

前期经过实际工程的数据试算，尺寸是能够满足试验要求的。

所述注浆系统包括注浆泵，空压机，注浆管，搅拌桶，搅拌机等组成。

所述注浆泵采用QBK-215多用途气动隔膜泵，适用气源为压缩空气，适用气压为2-7

，泵进口直径为25mm，泵出口直径为25mm。

所述空压机采用Y112M-2型号的三相异步电动机，型号为W-0.6/8，功率为4KW，电压为380V，最大压力为0.8Mpa（115Psi）。

所述搅拌机和搅拌桶是配套设备。

所述搅拌桶容量为200L，以满足试验注浆量的需求为准。

所述注浆管采用半径为1cm的塑料管，所述注浆试验为球形注浆，出浆处为塑料管口。

所述传感器系统包括渗压计，数据传输线。

所述渗压计采用振弦式渗压计，型号为XHX-7XX，量程为0.4MPa，灵敏度

，直径为32mm，长度为16cm。

所述数据传输线具有卓越的防水性能、耐腐蚀性和长期稳定性。

所述量测系统包括应变仪，调压阀，粘度计，量尺，压力表等。

所述应变仪采用力&应变综合参数测试仪，型号为XL2118A，测量范围为

，分辨率为1

，平衡方式为自动扫描平衡，接桥方式为全桥，半桥，1/4桥（公共补偿），显示窗口为8窗口，扫描速度为16点/秒，工作模式可采用本机自控/计算机监控/计算机外控。

所述调压阀采用SMC高精密调压阀IR2000-02BG，调压范围为0-0.4MPa。

所述粘度计采用NXS-11B型旋转粘度计,适用于测量各种流体的流变特性及粘度。

一种利用本试验模型研究渗透注浆机理的方法，包括以下步骤：

（1）试验方案设计：

按照需要选取试验变量、试验次数及试验方案。

试验方案可选正交试验和均匀试验。

试验变量可选注浆压力、渗透系数、水灰比（浆液粘度）、注浆时间等。

（2）依据试验方案配合好所需要的砂子（土），充分均匀混合并测量其渗透系数、密度、比重等参数。

（3）将配合好的砂子（土）分批次填入模型中，并在相应高度的砂（土）层平面上按照计划的尺寸填埋渗压计及注浆管，填埋好砂（土）层后静置一段时间。

（4）对砂（土）层进行饱水，并静置一小段时间。

（5）在搅拌桶中配置与填入砂子（土）所对应水灰比的水泥浆液，并充分搅拌，将注浆泵的进浆管插入浆液中。

（6）将进浆管、出浆管与注浆泵连接起来，然后将注浆泵与空压机连接起来，最后将渗压计与应变仪连接。

（7）启动空压机，慢慢调节调压阀，使压力达到预定读数，保持此压力进行注浆，同时秒表计时，按照试验需要控制注浆时间。

（8）在注浆的同时，记录应变仪的数据变化情况。

（9）注浆结束后，清理仪器并处理数据。

（10）一段时间后，将砂（土）层挖开，测量结石体的扩散半径。

（11）清理模型，继续下一组试验直至所选方案的试验全部做完。

（12）数据分析：

采用多元线性回归分析扩散半径与注浆压力、砂（土）层参数、浆液参数或注浆时间之间的关系，以及沿程浆液压力与注浆压力、砂（土）层参数、浆液参数、距注浆点的距离或注浆时间之间的关系。

本发明的有益效果在于：

1、本发明渗透注浆试验模型设计巧妙，由多个试验系统组成，能够循环利用，操作方便，结构简单，造价低。

2、本发明渗透注浆机理研究方法与传统方法比较，增加了对饱水砂（土）层渗透注浆的有效模拟；能够有效测量沿程液压并定量研究其规律；可按照需要改变几乎所有影响渗透注浆效果的参数；流程简单，数据可靠，能广泛应用于各类渗透注浆理论研究。

附图说明

图1为本发明渗透注浆试验模型示意图；

图2为渗透注浆试验模型试验箱的立面图；

图3为本发明渗透注浆机理研究方法中渗压计埋设正视图；

图4为本发明渗透注浆机理研究方法中渗压计埋设俯视图；

图5为本发明渗透注浆机理研究方法中一次试验的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种可重复利用的饱水砂（土）层渗透注浆试验模型，包括试验主体系统，注浆系统，传感器系统，测量系统四部分。

试验主体系统是由钢化玻璃板、结构架、底座三部分组成的试验箱，如图2所示。

试验箱的外观尺寸长×宽×高为160cm×160cm×160cm。

钢化玻璃板共前、后、左、右、上、下六块，尺寸长×宽为150cm×150cm。

前面玻璃板中部预留1个半径为2mm的圆孔，用来插入注浆管；后面玻璃板预留5个半径为2mm的集线孔，用来将渗压计的数据传输线连到应变仪上；左、右面玻璃板预留4个半径为2mm的排水孔，用于在注浆过程中将水自由排出。

结构架及底座采用Q345B钢板组成，在四周的棱上，均用钢板焊接或者用螺栓连接，并且在前后左右四个面上均用钢板肋加固，增强试验箱的承压能力。

顶面的钢化玻璃板和钢板是可拆卸的，用来填料和卸料。

注浆系统包括注浆泵，空压机，注浆管，搅拌桶，搅拌机等组成。

注浆泵进口直径及出口直径均为25mm，空压机最大压力为0.8Mpa（115Psi），搅拌桶容量为200L。

注浆管采用半径为1cm的塑料管，从管口注浆。

传感器系统包括渗压计，数据传输线。

渗压计采用量程为0.4MPa的振弦式渗压计，分别在上、下、前、后、左五个方向上埋设，每个方向上渗压计的间距均为10cm，如图3和图4所示。

量测系统包括应变仪，调压阀，粘度计，量尺，压力表等。

应变仪采用力&应变综合参数测试仪，测量范围为

。

调压阀调压范围为0-0.4MPa。

粘度计采用NXS-11B型旋转粘度计。

实施例2：

一种利用实施例1所述的可重复利用的饱水砂（土）层渗透注浆试验模型进行渗透注浆机理研究的方法，包括以下步骤：

（1）试验方案设计：

试验方案选择均匀试验，按照U6*（64）设计表安排为3因素6水平均匀试验。

3因素分别为注浆压力、水灰比及渗透系数。

（2）依据试验方案配合好所需要的砂子，充分均匀混合并测量其渗透系数、密度、比重等参数。

（3）将配合好的砂子分批次填入模型中，并在相应高度的砂层平面上按照图3及图4所示填埋渗压计及注浆管，填埋好砂层后静置24小时。

（4）对砂层进行饱水，并静置2小时。

（5）在搅拌桶中配置与填入砂子所对应水灰比的水泥浆液，并充分搅拌，将注浆泵的进浆管插入浆液中。

（6）将进浆管、出浆管与注浆泵连接起来，然后将注浆泵与空压机连接起来，最后将渗压计与应变仪连接。

（7）启动空压机，慢慢调节调压阀，使压力达到预定读数，保持此压力进行注浆，同时秒表计时，注浆时间控制在200秒。

（8）在注浆的同时，记录应变仪的数据变化情况。

（9）注浆结束后，清理仪器并处理数据。

（10）24小时后，将砂层挖开，测量结石体的扩散半径。

（11）清理模型，继续下一组试验直至所选方案的试验全部做完。

（12）数据分析：

采用多元线性回归分析扩散半径与注浆压力、砂层渗透系数、浆液水灰比之间的关系，以及沿程浆液压力与注浆压力、砂层渗透系数、浆液水灰比、距注浆点的距离之间的关系。

说明书附图

图1

图2

图3

图4

图5

权利要求书

1.一种可重复利用的饱水砂（土）层渗透注浆试验模型，其特征在于，包括试验主体系统，注浆系统，传感器系统，测量系统四部分。

2.如权利要求1所述的试验主体系统，其特征在于，由钢化玻璃板、结构架、底座三部分组成试验箱。

所述试验箱外观尺寸长×宽×高为160cm×160cm×160cm。

3.如权利要求2所述的钢化玻璃板，其特征在于，共前、后、左、右、上、下六块，尺寸长×宽为150cm×150cm。

所述前面玻璃板中部预留1个半径为2mm的圆孔，用来插入注浆管；所述后面玻璃板预留5个半径为2mm的集线孔，用来将渗压计的数据传输线连到读数仪上；所述左、右面玻璃板预留4个半径为2mm的排水孔，用于在注浆过程中将水自由排出。

4.如权利要求2所述的结构架及底座，其特征在于，采用钢板组成，在四周的棱上，均用钢板焊接或者用螺栓连接，并且在前后左右四个面上均用钢板肋加固。

5.如权利要求1所述的注浆系统，其特征在于，由注浆泵，空压机，注浆管，搅拌桶，搅拌机等组成。

所述注浆泵通过直径8mm的塑料管与空压机相连，进出口分别与搅拌桶和注浆管相连。

6.如权利要求1所述的传感器系统，其特征在于，包括渗压计和数据传输线。

所述渗压计采用量程为0.4MPa的振弦式渗压计，分别在上、下、前、后、左五个方向上埋设，每个方向上渗压计的间距均为10cm。

7.如权利要求1所述的量测系统，其特征在于，包括应变仪，调压阀。

所述应变仪采用力&应变综合参数测试仪，测量范围为

。

所述调压阀调压范围为0-0.4MPa。

8.一种利用权利要求1至7任一项所述的可重复利用的饱水砂（土）层渗透注浆试验模型进行渗透注浆机理研究的方法，包括以下步骤：

（1）试验方案设计：

按照需要选取试验变量、试验次数及试验方案。

试验方案可选正交试验和均匀试验。

试验变量可选注浆压力、渗透系数、水灰比（浆液粘度）、注浆时间等。

（2）依据试验方案配合好所需要的砂子（土），充分均匀混合并测量其渗透系数、密度、比重等参数。

（3）将配合好的砂子（土）分批次填入模型中，并在相应高度的砂（土）层平面上按照图3及图4所示填埋渗压计及注浆管，填埋好砂（土）层后静置一段时间。

（4）对砂（土）层进行饱水，并静置一小段时间小时。

（5）在搅拌桶中配置与填入砂子（土）所对应水灰比的水泥浆液，并充分搅拌，将注浆泵的进浆管插入浆液中。

（6）将进浆管、出浆管与注浆泵连接起来，然后将注浆泵与空压机连接起来，最后将渗压计与应变仪连接。

（7）启动空压机，慢慢调节调压阀，使压力达到预定读数，保持此压力进行注浆，同时秒表计时，按照试验需要控制注浆时间。

（8）在注浆的同时，记录应变仪的数据变化情况。

（9）注浆结束后，清理仪器并处理数据。

（10）一段时间后，将砂（土）层挖开，测量结石体的扩散半径。

（11）清理模型，继续下一组试验直至所选方案的试验全部做完。

说明书摘要

本发明涉及一种可重复利用的饱水砂（土）层渗透注浆试验模型及渗透注浆机理研究方法，该试验模型包括试验主体系统，注浆系统，传感器系统，测量系统四部分。

所述试验主体系统是由钢化玻璃板、结构架、底座三部分组成的试验箱。

所述注浆系统包括注浆泵，空压机，注浆管，搅拌桶，搅拌机等组成。

所述传感器系统包括渗压计，数据传输线。

所述量测系统包括力&应变综合参数测试仪，调压阀，粘度计，量尺，压力表等。

借助该试验模型，通过正交或均匀试验进行渗透注浆机理研究，较之传统方法可实现饱水注浆和循环利用，能够有效测量沿程液压并定量研究其规律，可按照需要改变几乎所有影响渗透注浆效果的参数，流程简单，数据可靠，能广泛应用于各类渗透注浆理论研究。

摘要附图