[發明專利]可模擬實際工況的砂層三維注漿試驗裝置及其試驗方法

在審

• 申請號: 201910022454.1
• 申請日: 2019-01-10
• 公開（公告）號: CN109596814A
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 馬建軍;梁禹;黃林沖
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 東莞合方知識產權代理有限公司 44561
• 代理人: 許建成

本發明公開了可模擬實際工況的砂層三維注漿試驗裝置及其試驗方法，其可根據實際注漿需求模擬不同的地應力條件和不同孔隙水壓，同時可根據試驗需要制做不同配比的土試樣，以模擬不同的砂層特性，注漿后，可通過體積應變量測量裝置、軸向位移測量裝置觀察橡皮膜內土試樣的體積變化量和軸向位移變化量，并對注漿前后的后照獲得的圖像進行比對處理，獲取橡皮膜中部的變形值，進而根據獲取的土試樣的體積變化量、軸向位移變化量以及橡皮膜中部的變形值，探究不同工況和砂層特性下的合理注漿壓力和漿液配比，及檢驗注漿體的力學性能。另外還可根據工程和實驗需要，更換試驗裝置的注漿管，實現徑向注漿過程的模擬和研究，并檢驗徑向注漿的力學效果。

技術領域

本發明涉及巖土工程技術領域，特別涉及一種可模擬實際工況的砂層三維注漿試驗裝置及其試驗方法。

背景技術

隨著城市化進程的發展，地下空間的開發利用不斷地加快，需要規劃和修建更多的地鐵隧道、市政隧道、管道共同溝等地下建筑。地下建筑尤其是隧道工程施工中，遇到富水砂層往往會發生突水突砂等現象，造成失穩危及工程建設安全和地面設施安全。為解決上述問題，目前主流的處理方法是，根據工程需要，將特定材料按照一定配比制成漿液，通過壓力裝置注入地層中，待漿液擴散和凝固后可起到加固地層或防滲堵漏的作用。

一般而言，實際注漿施工過程中，需要根據不同的地應力條件和孔隙水壓力等注漿工況采用合理的注漿壓力，另外，當地應力和孔隙水壓一定，富水砂層的顆粒級配和密實度變化時還需改變漿液配比以達到最優效果，但由于施工現場環境復雜，使得現場注漿試驗難以開展以及難以對實際注漿效果進行評估。

因而，采用注漿試驗裝置模擬注漿試驗便成為研究注漿影響因素和注漿效果的主要手段。但又由于注漿過程的復雜性，現有的注漿試驗裝置存在眾多的不足。如：1、實際注漿是往一定深度的地層中注入漿液，注漿孔及周圍巖土體受到復雜的地應力條件和孔隙水壓力等注漿工況影響，而現有注漿試驗裝置基本上無法模擬實際注漿工況，另外，現有注漿試驗裝置無法評估漿液擴散和凝固后所形成注漿體的力學性能，因此，通過現有的注漿試驗裝置進行模擬試驗，較難準確獲得不同工況和砂層特性下的合理注漿壓力和漿液配比。2、實際注漿為均勻地加固周圍土體，還需采用徑向注漿的方式，對注漿管周圍土體進行徑向注漿，并考慮徑向注漿的合理注漿壓力、漿液配比等參數，以及檢驗注漿效果，而現有的注漿試驗裝置僅能進行軸向注漿，因而無法進行徑向注漿過程的模擬和研究。

發明內容

本發明的主要目的是提出一種可模擬實際工況的砂層三維注漿試驗裝置及其試驗方法，旨在模擬不同的地應力條件、不同的孔隙水壓和不同的砂層特性下的注漿過程，并探究不同工況和砂層特性下的合理注漿壓力和漿液配比，以及檢驗注漿體的力學性能。同時，根據工程和實驗需要，可更換試驗裝置的注漿管，實現徑向注漿過程的模擬和研究，并檢驗徑向注漿的力學效果。

為實現上述目的，本發明提出一種可模擬實際工況的砂層三維注漿試驗裝置，包括：

底座，所述底座的中部設有向上伸出的試樣座；

壓力罩，所述壓力罩限定有底部敞開的腔室，底座與壓力罩固連并將壓力罩敞開的底部封閉，以形成將試樣座圍于其內的圍壓室，壓力罩頂壁與試樣座相對的位置開設有垂向導孔；

試樣室，所述試樣室包括將土試樣圍于其內的圓筒狀橡皮膜，圍于橡皮膜內并支撐土試樣的下透水石以及圍于橡皮膜內并由土試樣頂面支撐的上透水石，橡皮膜的下端密封套于試樣座，所述下透水石由試樣座支撐；

軸壓控制裝置，所述軸壓控制裝置的壓力軸下端穿過垂向導孔后直接或者通過試樣帽抵于上透水石，所述橡皮膜的上端密封套于壓力軸或者試樣帽，壓力軸和上透水石開設有相對的第一過孔和第二過孔；

注漿系統，所述注漿系統的注漿管穿過第一過孔和第二過孔后插入土試樣，且注漿管和上透水石的結合處設有第一密封件，注漿管為下端敞開的軸向注漿管或者下端封閉而下部側壁開孔的徑向注漿管；