[發明專利]一種水平注漿口注漿擴散形態的模擬試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201910361886.5
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN109975177A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 張學民;馮涵;張鵬斐;周賢舜;張聰;皮啟洋;陽軍生;王樹英;楊峰;傅金陽
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00;G01N13/00;G01M10/00
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 劉伊旸;鄭雋

1.一種水平注漿口注漿擴散形態的模擬試驗裝置，其特征在于，包括受灌體(1)、圍壓荷載控制系統(2)、滲流水壓加載控制系統(3)、注漿控制系統(4)、數據采集系統和廢液回收箱(6)；

所述受灌體(1)包括箱體(11)、設置在所述箱體(11)內部的工程地質力學模型、設置在所述箱體(11)上部并用于實現所述工程地質力學模型壓緊的活動蓋板(12)以及設置在所述箱體(11)側壁上的注漿口(13)和多個滲流水進出口(14)，所述活動蓋板(12)與箱體(11)內壁的尺寸匹配設置；

所述圍壓荷載控制系統(2)包括動力源以及連接動力源輸出軸和活動蓋板(12)的傳動件，所述圍壓荷載控制系統(2)通過聯動設置的活動蓋板(12)向工程地質力學模型施加壓力，所述滲流水壓加載控制系統(3)通過部分滲流水進出口(14)向工程地質力學模型中注入不同流量及壓力的滲流水，所述注漿控制系統(4)通過注漿口(13)向工程地質力學模型中注入不同流量及壓力的漿體，所述廢液回收箱(6)通過其他部分滲流水進出口(14)收集來自工程地質力學模型中的廢水，所述數據采集系統包括多個壓力傳感器(51)、多個水壓及流量傳感器(52)以及與各個傳感器連接的數據收集器(53)，所述壓力傳感器(51)設置在工程地質力學模型中的不同水平面上，所述水壓及流量傳感器(52)沿工程地質力學模型的高度分層設置。

2.根據權利要求1所述的一種水平注漿口注漿擴散形態的模擬試驗裝置，其特征在于，還包括用于放置所述受灌體(1)的試驗臺架(8)以及設置在所述受灌體(1)下方的仰角調節機構(7)，所述仰角調節機構(7)包括用于推動受灌體(1)向一側轉動的動力源以及用于測量受灌體(1)轉過角度的角度刻度盤(72)，所述箱體(11)位于轉動方向一側的底邊與試驗臺架(8)可轉動連接，所述角度刻度盤(72)設置在該轉動連接處。

3.根據權利要求2所述的一種水平注漿口注漿擴散形態的模擬試驗裝置，其特征在于，在所述活動蓋板(12)周邊與箱體內壁的接觸位置設置密封條以防止液體滲出。

4.根據權利要求3所述的一種水平注漿口注漿擴散形態的模擬試驗裝置，其特征在于，多個滲流水進出口(14)分別設置在所述箱體(11)的各個側面上，每個側面上的滲流水進出口均呈陣列排布且間隔均勻。

5.根據權利要求4所述的一種水平注漿口注漿擴散形態的模擬試驗裝置，其特征在于，所述圍壓荷載控制系統(2)設置在受灌體(1)的上方，在所述圍壓荷載控制系統(2)中，動力源為液壓加載裝置，傳動件為垂向作動器且與活動蓋板(12)垂直連接。

6.根據權利要求5所述的一種水平注漿口注漿擴散形態的模擬試驗裝置，其特征在于，所述滲流水壓加載控制系統(3)包括增壓泵(31)、承壓水罐(32)、輸水管(33)和滲流水壓力控制儀(34)，通過所述輸水管(33)實現水源、增壓泵(31)、承壓水罐(32)和受灌體(1)間的相互連接，所述滲流水壓力控制儀(34)設置在承壓水罐(32)上且用于采集承壓水罐內的壓力值；所述注漿控制系統(4)包括注漿泵、注漿管和注漿壓力控制儀，通過所述注漿管連接漿源、注漿泵和注漿口(13)。

7.根據權利要求5所述的一種水平注漿口注漿擴散形態的模擬試驗裝置，其特征在于，所述水壓及流量傳感器(52)位于各滲流水進出口(14)附近。

8.根據權利要求5所述的一種水平注漿口注漿擴散形態的模擬試驗裝置，其特征在于，在所述箱體(1)內側面的滲流水進出口(14)位置處設置過濾隔網。

9.根據權利要求5所述的一種水平注漿口注漿擴散形態的模擬試驗裝置，其特征在于，所述數據采集系統還包括與數據收集器連接的計算機。

10.一種利用權利要求5～9中任意一項所述裝置對水平注漿口注漿擴散形態的模擬試驗方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)將模擬試驗裝置的各部分組裝好，并根據工程的實際情況在受灌體(1)內設置工程地質力學模型；

2)啟動圍壓荷載控制系統(2)，通過活動蓋板(12)對工程地質力學模型密閉施壓并逐級施加垂直荷載直至預設定值，同時通過壓力傳感器(51)監測應力數據；

3)設置不同方向的滲流水：當模擬與注漿方向平行的滲流水對注漿擴散形態的影響時，選擇位于注漿口(13)所在側面上的滲流水進出口(14)連接滲流水壓加載控制系統(3)或廢液回收箱(6)，同時選擇位于注漿口(13)相對側面上的滲流水進出口(14)連接廢液回收箱(6)或滲流水壓加載控制系統(3)，其余滲流水進出口封閉；當模擬與注漿方向垂直的滲流水對注漿擴散形態的影響時，選擇位于箱體(1)另外兩相對側面上的滲流水進出口(14)分別連接滲流水壓加載控制系統(3)和廢液回收箱(6)，其余滲流水進出口封閉；通過仰角調節機構(7)調節受灌體(1)的轉動角度；

4)啟動滲流水壓加載控制系統(3)，按照設定的流量及水壓力向工程地質力學模型中通入連續的滲流水；

5)啟動注漿控制系統(4)，按照設定的流量和注漿壓力對工程地質力學模型進行注漿作業，同時采集工程地質力學模型的應力參數并根據地層應力和滲流水壓力、流量的變化情況對注漿參數進行調整或停止注漿；

6)停止注漿，打開受灌體(1)，拆除工程地質力學模型，拍照記錄模型中的漿液擴散范圍及地層加固情況；

7)修改試驗參數，重復步驟2)～6)；

8)根據采集到的試驗數據，分析在不同地下水流向的地層結構模型中漿液的擴散形態，提出漿液在不同地下水流向情況下的擴散機理，對注漿堵水的加固效果進行評價。