[发明专利]一种水平注浆口注浆扩散形态的模拟试验装置及方法

权利要求书

1.一种水平注浆口注浆扩散形态的模拟试验装置，其特征在于，包括受灌体(1)、围压荷载控制系统(2)、渗流水压加载控制系统(3)、注浆控制系统(4)、数据采集系统和废液回收箱(6)；

所述受灌体(1)包括箱体(11)、设置在所述箱体(11)内部的工程地质力学模型、设置在所述箱体(11)上部并用于实现所述工程地质力学模型压紧的活动盖板(12)以及设置在所述箱体(11)侧壁上的注浆口(13)和多个渗流水进出口(14)，所述活动盖板(12)与箱体(11)内壁的尺寸匹配设置；

所述围压荷载控制系统(2)包括动力源以及连接动力源输出轴和活动盖板(12)的传动件，所述围压荷载控制系统(2)通过联动设置的活动盖板(12)向工程地质力学模型施加压力，所述渗流水压加载控制系统(3)通过部分渗流水进出口(14)向工程地质力学模型中注入不同流量及压力的渗流水，所述注浆控制系统(4)通过注浆口(13)向工程地质力学模型中注入不同流量及压力的浆体，所述废液回收箱(6)通过其他部分渗流水进出口(14)收集来自工程地质力学模型中的废水，所述数据采集系统包括多个压力传感器(51)、多个水压及流量传感器(52)以及与各个传感器连接的数据收集器(53)，所述压力传感器(51)设置在工程地质力学模型中的不同水平面上，所述水压及流量传感器(52)沿工程地质力学模型的高度分层设置。

2.根据权利要求1所述的一种水平注浆口注浆扩散形态的模拟试验装置，其特征在于，还包括用于放置所述受灌体(1)的试验台架(8)以及设置在所述受灌体(1)下方的仰角调节机构(7)，所述仰角调节机构(7)包括用于推动受灌体(1)向一侧转动的动力源以及用于测量受灌体(1)转过角度的角度刻度盘(72)，所述箱体(11)位于转动方向一侧的底边与试验台架(8)可转动连接，所述角度刻度盘(72)设置在该转动连接处。

3.根据权利要求2所述的一种水平注浆口注浆扩散形态的模拟试验装置，其特征在于，在所述活动盖板(12)周边与箱体内壁的接触位置设置密封条以防止液体渗出。

4.根据权利要求3所述的一种水平注浆口注浆扩散形态的模拟试验装置，其特征在于，多个渗流水进出口(14)分别设置在所述箱体(11)的各个侧面上，每个侧面上的渗流水进出口均呈阵列排布且间隔均匀。

5.根据权利要求4所述的一种水平注浆口注浆扩散形态的模拟试验装置，其特征在于，所述围压荷载控制系统(2)设置在受灌体(1)的上方，在所述围压荷载控制系统(2)中，动力源为液压加载装置，传动件为垂向作动器且与活动盖板(12)垂直连接。

6.根据权利要求5所述的一种水平注浆口注浆扩散形态的模拟试验装置，其特征在于，所述渗流水压加载控制系统(3)包括增压泵(31)、承压水罐(32)、输水管(33)和渗流水压力控制仪(34)，通过所述输水管(33)实现水源、增压泵(31)、承压水罐(32)和受灌体(1)间的相互连接，所述渗流水压力控制仪(34)设置在承压水罐(32)上且用于采集承压水罐内的压力值；所述注浆控制系统(4)包括注浆泵、注浆管和注浆压力控制仪，通过所述注浆管连接浆源、注浆泵和注浆口(13)。

7.根据权利要求5所述的一种水平注浆口注浆扩散形态的模拟试验装置，其特征在于，所述水压及流量传感器(52)位于各渗流水进出口(14)附近。

8.根据权利要求5所述的一种水平注浆口注浆扩散形态的模拟试验装置，其特征在于，在所述箱体(1)内侧面的渗流水进出口(14)位置处设置过滤隔网。

9.根据权利要求5所述的一种水平注浆口注浆扩散形态的模拟试验装置，其特征在于，所述数据采集系统还包括与数据收集器连接的计算机。

10.一种利用权利要求5～9中任意一项所述装置对水平注浆口注浆扩散形态的模拟试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将模拟试验装置的各部分组装好，并根据工程的实际情况在受灌体(1)内设置工程地质力学模型；

2)启动围压荷载控制系统(2)，通过活动盖板(12)对工程地质力学模型密闭施压并逐级施加垂直荷载直至预设定值，同时通过压力传感器(51)监测应力数据；

3)设置不同方向的渗流水：当模拟与注浆方向平行的渗流水对注浆扩散形态的影响时，选择位于注浆口(13)所在侧面上的渗流水进出口(14)连接渗流水压加载控制系统(3)或废液回收箱(6)，同时选择位于注浆口(13)相对侧面上的渗流水进出口(14)连接废液回收箱(6)或渗流水压加载控制系统(3)，其余渗流水进出口封闭；当模拟与注浆方向垂直的渗流水对注浆扩散形态的影响时，选择位于箱体(1)另外两相对侧面上的渗流水进出口(14)分别连接渗流水压加载控制系统(3)和废液回收箱(6)，其余渗流水进出口封闭；通过仰角调节机构(7)调节受灌体(1)的转动角度；

4)启动渗流水压加载控制系统(3)，按照设定的流量及水压力向工程地质力学模型中通入连续的渗流水；

5)启动注浆控制系统(4)，按照设定的流量和注浆压力对工程地质力学模型进行注浆作业，同时采集工程地质力学模型的应力参数并根据地层应力和渗流水压力、流量的变化情况对注浆参数进行调整或停止注浆；

6)停止注浆，打开受灌体(1)，拆除工程地质力学模型，拍照记录模型中的浆液扩散范围及地层加固情况；

7)修改试验参数，重复步骤2)～6)；

8)根据采集到的试验数据，分析在不同地下水流向的地层结构模型中浆液的扩散形态，提出浆液在不同地下水流向情况下的扩散机理，对注浆堵水的加固效果进行评价。