[發明專利]彈性波輔助水泥注漿止水模型試驗裝置

在審

• 申請號: 201711077664.8
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107796929A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 陳星欣;房敏安;馬宏偉;蔡奇鵬;郭力群;蘇世灼
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G01N33/38
• 分類號: G01N33/38;G01N15/08;G01M10/00
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司35204
• 代理人: 楊依展

技術領域

本發明涉及一種彈性波輔助水泥注漿止水模型試驗裝置。

背景技術

在富水地層進行工程建設時，地下水往往影響工程施工的安全和順利進行。例如：在承壓含水層中進行基坑開挖時，承壓水會沖擊基坑底板，造成流砂或管涌，從而造成基坑圍護結構失穩破壞；其次，當建筑物基礎位于地下水位以下時，地下水對基礎底面的浮托力會影響基礎穩定性。另一方面，地下水對鋼筋混凝土也有腐蝕作用，地下水中SO₄^2-離子與混凝土的Ca(OH)₂起反應生成水化硫鋁酸鈣，水化硫鋁酸鈣的體積約為原體積的221.86％，從而在混凝土中產生較大的內應力，造成地下結構破壞。可見，在施工中必須采取合適的止水措施確保工程建設的安全。

目前，注漿法是工程建設中防滲、堵漏、加固和糾正建筑物偏斜的有效方法。注漿法是將水泥漿材或化學漿材注入巖土地基的裂縫或孔隙中，用于改善其物理力學性質。化學漿材的粘度與水接近，被廣泛應用于巖石細裂縫、中細砂層的防滲灌漿和動水堵漏。但是，化學漿材存在毒性、污染空氣、污染地下水等缺點。實際上，自1824年波特蘭水泥問世以后，水泥注漿便是工程建設中注漿止水的主要方法。但是，普通水泥由于顆粒較粗，一般只能灌注砂礫石或粒徑較大孔隙，水泥漿液的可灌入性是目前存在的關鍵問題。

彈性波在巖土介質中傳播使得孔隙中液體產生壓力梯度，隨之液體流動產生內耗直到孔隙梯度產生平衡，從而影響地下水滲流和顆粒運移。可見，彈性波在巖土介質中傳播可以增加孔隙水壓力，促進地下水和水泥漿液的運動。其次，高頻彈性波(特別是超聲波)作用在巖土介質將引起地下水中氣泡迅速膨脹和閉合，在氣泡閉合時產生沖擊波，使得地下水中水泥顆粒變細，從而加快水化反應。因此，彈性波輔助水泥注漿技術，既可增強水泥漿液的遷移范圍，又可加快止水效果。

為了研究彈性波輔助水泥注漿技術在真實富水地層條件下的止水效果，常規的室內注漿試驗設備不能施加低頻和高頻彈性波、無法模擬真實地下水滲流條件、無法滿足測試漿液運移規律的試驗要求，已不能滿足要求，研制彈性波輔助水泥注漿止水模型試驗裝置及方法顯得尤為迫切和重要。

發明內容

本發明提供了彈性波輔助水泥注漿止水模型試驗裝置，其克服了背景技術中室內注漿試驗設備所存在的不足。

本發明解決其技術問題的所采用的技術方案是：

彈性波輔助水泥注漿止水模型試驗裝置，包括模型試驗箱、地下水注入系統、低頻彈性波注漿系統、高頻漿液強化系統和量測系統；該模型試驗箱具有周側壁和底壁，該周側壁下周緣和底壁外周緣密封固接在一起，該周側壁的兩側分別設有注水口和出水口，該模型試驗箱內填充含水層砂土用于模擬真實的含水介質；該地下水注入系統設有與模型試驗箱注水口相連的地下水注入管，用于將地下水注入模型試驗箱，模擬真實的地下動水條件；該低頻彈性波注漿系統插入模型試驗箱內的含水介質中用于對模型試驗箱內的含水介質注入水泥漿液；該高頻漿液強化系統設置在模型試驗箱的含水介質頂面用于加快含水介質中水泥漿液的水化反應，增強注漿效果；該量測系統包括多套量測小系統，該量測小系統與出水口相連，用于對含水介質中漿液遷移情況以及漿液對地下水污染程度進行量測。

一實施例之中：該周側壁具有左側壁和右側壁；該左側壁從上向下設有N排不同高度的注水口，每排有M個高度相等的注水口；該右側壁從上向下設有N排不同高度的出水口，每排有M個高度相等的出水口；該左側壁的注水口高度和右側壁的對應排的出水口高度相等；該量測系統包括有N套的量測小系統，每套量測小系統與每排的M個出水口都通過硅膠管相連，用于對含水介質中同一深度處的漿液遷移情況以及漿液對地下水污染程度進行量測。

一實施例之中：該地下水注入系統包括一儲水箱和N臺蠕動泵；該每臺蠕動泵通過M根硅膠管一端與模型試驗箱左側壁的同一高度的M個注水口相連，M根硅膠管另一端與儲水箱相連，用于控制含水介質中同一深度的滲流速度相同；該N臺蠕動泵通過硅膠管分別與N排不同高度的地下水注入口相連，用于控制不同深度含水介質的地下水流速。