[发明专利]可模拟实际工况的砂层三维注浆试验装置及其试验方法

说明书

本发明公开了可模拟实际工况的砂层三维注浆试验装置及其试验方法，其可根据实际注浆需求模拟不同的地应力条件和不同孔隙水压，同时可根据试验需要制做不同配比的土试样，以模拟不同的砂层特性，注浆后，可通过体积应变量测量装置、轴向位移测量装置观察橡皮膜内土试样的体积变化量和轴向位移变化量，并对注浆前后的后照获得的图像进行比对处理，获取橡皮膜中部的变形值，进而根据获取的土试样的体积变化量、轴向位移变化量以及橡皮膜中部的变形值，探究不同工况和砂层特性下的合理注浆压力和浆液配比，及检验注浆体的力学性能。另外还可根据工程和实验需要，更换试验装置的注浆管，实现径向注浆过程的模拟和研究，并检验径向注浆的力学效果。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，特别涉及一种可模拟实际工况的砂层三维注浆试验装置及其试验方法。

背景技术

随着城市化进程的发展，地下空间的开发利用不断地加快，需要规划和修建更多的地铁隧道、市政隧道、管道共同沟等地下建筑。地下建筑尤其是隧道工程施工中，遇到富水砂层往往会发生突水突砂等现象，造成失稳危及工程建设安全和地面设施安全。为解决上述问题，目前主流的处理方法是，根据工程需要，将特定材料按照一定配比制成浆液，通过压力装置注入地层中，待浆液扩散和凝固后可起到加固地层或防渗堵漏的作用。

一般而言，实际注浆施工过程中，需要根据不同的地应力条件和孔隙水压力等注浆工况采用合理的注浆压力，另外，当地应力和孔隙水压一定，富水砂层的颗粒级配和密实度变化时还需改变浆液配比以达到最优效果，但由于施工现场环境复杂，使得现场注浆试验难以开展以及难以对实际注浆效果进行评估。

因而，采用注浆试验装置模拟注浆试验便成为研究注浆影响因素和注浆效果的主要手段。但又由于注浆过程的复杂性，现有的注浆试验装置存在众多的不足。如：1、实际注浆是往一定深度的地层中注入浆液，注浆孔及周围岩土体受到复杂的地应力条件和孔隙水压力等注浆工况影响，而现有注浆试验装置基本上无法模拟实际注浆工况，另外，现有注浆试验装置无法评估浆液扩散和凝固后所形成注浆体的力学性能，因此，通过现有的注浆试验装置进行模拟试验，较难准确获得不同工况和砂层特性下的合理注浆压力和浆液配比。2、实际注浆为均匀地加固周围土体，还需采用径向注浆的方式，对注浆管周围土体进行径向注浆，并考虑径向注浆的合理注浆压力、浆液配比等参数，以及检验注浆效果，而现有的注浆试验装置仅能进行轴向注浆，因而无法进行径向注浆过程的模拟和研究。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种可模拟实际工况的砂层三维注浆试验装置及其试验方法，旨在模拟不同的地应力条件、不同的孔隙水压和不同的砂层特性下的注浆过程，并探究不同工况和砂层特性下的合理注浆压力和浆液配比，以及检验注浆体的力学性能。同时，根据工程和实验需要，可更换试验装置的注浆管，实现径向注浆过程的模拟和研究，并检验径向注浆的力学效果。

为实现上述目的，本发明提出一种可模拟实际工况的砂层三维注浆试验装置，包括：

底座，所述底座的中部设有向上伸出的试样座；

压力罩，所述压力罩限定有底部敞开的腔室，底座与压力罩固连并将压力罩敞开的底部封闭，以形成将试样座围于其内的围压室，压力罩顶壁与试样座相对的位置开设有垂向导孔；

试样室，所述试样室包括将土试样围于其内的圆筒状橡皮膜，围于橡皮膜内并支撑土试样的下透水石以及围于橡皮膜内并由土试样顶面支撑的上透水石，橡皮膜的下端密封套于试样座，所述下透水石由试样座支撑；

轴压控制装置，所述轴压控制装置的压力轴下端穿过垂向导孔后直接或者通过试样帽抵于上透水石，所述橡皮膜的上端密封套于压力轴或者试样帽，压力轴和上透水石开设有相对的第一过孔和第二过孔；

注浆系统，所述注浆系统的注浆管穿过第一过孔和第二过孔后插入土试样，且注浆管和上透水石的结合处设有第一密封件，注浆管为下端敞开的轴向注浆管或者下端封闭而下部侧壁开孔的径向注浆管；