[发明专利]富水砂层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验装置与方法

权利要求书

1.一种富水砂层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验装置，其特征在于，包括砂层模拟系统、浆液输入系统、动水模拟系统、监测与数据采集系统；

所述砂层模拟系统由若干个透明的容器节段横向首尾连通而成，每个容器节段的侧壁上设有渗流入口，所述砂层模拟系统的左右两端分别设有进浆口和出浆口，所述浆液输入系统可通过所述进浆口为所述砂层模拟系统注入浆液；

所述动水模拟系统的排液口可单独接通所述砂层模拟系统中任意一个渗流入口或者以并联的方式接通任意多个渗流入口；

所述监测与数据采集系统用于监测和采集所述砂层模拟系统注浆扩散和渗透系数试验的相关参数。

2.根据权利要求1所述的富水砂层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验装置，其特征在于，所述容器节段内填充有透明的试验土体，每个容器节段左右两端均设有连接法兰，相邻的容器节段通过连接法兰安装为一体。

3.根据权利要求2所述的富水砂层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验装置，其特征在于，所述砂层模拟系统的左右两端分别设有入浆仓和出浆仓；

所述入浆仓包括入浆仓钢管身，所述入浆仓钢管身一端设有入浆仓钢封盖、另一端通过入浆仓法兰连通所述砂层模拟系统的左端，所述进浆口设置在所述入浆仓钢封盖的圆心处，所述入浆仓钢管身内铺设有密目网；

所述出浆仓包括出浆仓钢管身，所述出浆仓钢管身一端设有出浆仓钢封盖、另一端通过出浆仓法兰连通所述砂层模拟系统的右端，所述出浆口设置在所述出浆仓钢管身上，所述出浆仓钢管身内铺设有密目网。

4.根据权利要求3所述的富水砂层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验装置，其特征在于，所述浆液输出系统包括注浆空气压缩机、注浆气压调节器、注浆泵和储浆桶，所述注浆空气压缩机、注浆气压调节器、注浆泵通过管路依次连通，所述注浆泵的进浆管连通所述储浆桶，所述注浆泵的出浆管能与所述砂层模拟系统的进浆口接通。

5.根据权利要求4所述的富水砂层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验装置，其特征在于，所述动水模拟系统包括储水承压桶、动水气压调节器和动水空气压缩机，所述动水压缩机、动水气压调节器和储水承压桶通过管路依次连通，所述储水承压桶的下部侧壁设有可连通所述渗流入口的排液口。

6.根据权利要求2所述的富水砂层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验装置，其特征在于，所述监测与数据采集系统包括成像装置、流量检测装置、压力检测装置、计算机控制平台；

所述成像装置包括激光发射仪和CCD数码相机，所述激光发射仪能照射所述容器节段中心轴线处透明的试验土体形成粒子散斑图像，所述CCD数码相机轴线与激光发射仪激光束相交于所述容器节段内，所述计算机控制平台收集处理拍摄所得粒子散斑图像。

7.根据权利要求6所述的富水砂层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验装置，其特征在于，所述压力检测装置包括浆液压力传感器、渗压传感器、土压力传感器、电阻应变片和静态电阻应变仪；

所述浆液压力传感器设置在所述入浆仓进浆口的前端，所述渗压传感器与土压力传感器置于所述容器节段的内腔中部，所述电阻应变片粘贴于所述容器节段的内壁；

所述容器节段的侧壁还设有电缆线孔，所述静态电阻应变仪的输入端通过电缆线穿过所述电缆线孔后与所述渗压传感器、土压力传感器和电阻应变片相连，所述静态电阻应变仪的输出端连接所述计算机控制平台。

8.根据权利要求7所述的富水砂层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验装置，其特征在于，所述流量检测装置包括流量传感器、量杯、防水计重秤，所述流量传感器连接于所述入浆仓的进浆口之前，所述量杯置于所述防水计重秤之上，所述量杯与防水计重秤共同放置于所述出浆仓的出浆口的下方。

9.根据权利要求1-8任一项所述的富水砂层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验装置，其特征在于，所述砂层模拟系统置放于台座之上，所述台座由三合板板面和板托拼接而成，所述容器节段为圆筒状；所述浆液输入系统和动水模拟系统的连接管路采用PVC透明钢丝螺旋增强软管。

10.一种富水砂层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的富水砂层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验装置进行该试验方法，该试验方法包括如下步骤：

（1）根据需测试实际砂土体的材料性质而准备透明的试验土体；

（2）在每个容器节段内部布置渗压传感器、土压力传感器和粘贴电阻应变片后，分多次向容器节段内填装试验土体；

当该容器节段填装试验土体结束后，使该容器节段连接相邻的容器节段，然后对相邻的容器节段进行填装试验土体，直到所有的容器节段横向连接为一体并均填装试验土体为止，从而形成填装有试验土体的砂层模拟系统；

（3）安装浆液输入系统和动水模拟系统，并将其调试到符合试验要求的状态，确保试验的正常进行；

（4）使浆液输入系统接通砂层模拟系统的进浆口，使动水模拟系统接相应的容器节段的渗流入口，确定浆液输入系统和动水模拟系统均达到设计值后开启，浆液输入系统为砂层模拟系统注入浆液，动水模拟系统通过渗流入口为砂层模拟系统注入水，进行注浆扩散试验；

在注浆扩散试验过程中不断记录渗压传感器、土压传感器与电阻应变片的输出数据，及时记录相应的数据曲线；同时打开激光发射仪与CCD数码相机，对试验全程进行拍照，保证粒子散斑图成像清新，并且时刻观察湿润峰运动规律，及时记录流量、压力数据与一段时间内出浆口处浆液密度数据；

（5）注浆扩散试验后对砂层模拟系统内的试验土体养护2d形成加固体试样，然后对加固体试样进行渗透系数试验；

将浆液输入系统与砂层模拟系统的进浆口分开，并封堵砂层模拟系统的进浆口，将动水模拟系统接通砂层模拟系统中预测试的容器节段渗流入口，在砂层模拟系统的出浆口下方放置量杯与防水计重秤；

调节动水模拟系统达到设计值，然后开启通过渗流入口往容器节段内注水，记录渗流时间及渗水量，测试加固体试样的渗透系数；

（6） 注浆扩散与渗透系数试验后，对加固体试样养护2 d后，进行拆模取芯，得到加固体单轴抗压标准试样，最后对加固体单轴抗压标准试样行单轴抗压试验与直剪试验等土工试验，确定相关加固体强度。