[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

说明书

本发明公开了一种富水砂土地层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验装置及方法，其包括：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；砂层模拟系统两端连接有入浆仓、出浆仓；浆液输入系统由空气压缩机提供动力，将浆液由入浆仓注入砂层模拟系统；动水模拟系统向砂层模拟系统中泵入动水；监测与数据采集系统记录渗压、土压等地层参数变化。本发明应用透明有机玻璃及透明土材料，能实现富水低水压砂土地层注浆扩散与加固全过程可视化模拟，且能一体化测定不同扩散距离加固体渗透系数，且可进行砂土地层中高压动水工况下浆液扩散与加固可视化模拟，对实际富水砂土地层注浆扩散与加固工程起到了积极有益的参考作用。

技术领域

本发明涉及地下工程地质灾害防治领域，涉及富水砂层灾害注浆防控模拟试验领域，具体的涉及一种富水砂土地层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验装置及方法。

背景技术

注浆法是将水泥基胶凝浆液或化学浆液，注入岩土的孔隙、裂隙、空洞以及承压含水层中，浆液经扩散、凝固、胶结硬化，充分填充地层空隙，以减小岩土体渗透系数，形成一定厚度加固层，以增加其强度和稳定性，最终达到岩土体加固、防渗、堵水目的。由于该方法具有地层改造效果好、成本低廉、施工效率高等优势，目前已经成为隧道及地下工程富水软弱砂土地层防渗及加固的重要方法。

富水砂层胶结能力差、强度低、流动性大、透水性强、物理力学性质复杂及地层稳定性极差等特性，其导致的突水、涌砂、流砂、围岩失稳、隧道塌方、地表塌陷及地下水位下降等地质灾害更具有突然性及破坏性，是隧道及地下工程建设期与运营期经常面临的重点难点问题，成为制约工程安全的瓶颈。由于注浆理论发展远落后于工程实践，富水砂层注浆中浆液扩散模式尚不能明确界定，注浆加固效果尚不能得到合理的预测评价，现有注浆理论难以直接应用。注浆模型试验方法可以比较全面真实地模拟复杂地质构造的注浆工况，为建立新的理论和数学模型提供依据，是一种重要的研究手段。

现有注浆扩散模型试验系统存在以下问题：

1. 现有注浆扩散模型试验装置多存在“黑箱问题”，直观观测效果与感性认识效果欠佳；

2. 试验装置固定方面，不能较好地模拟不同工况，不能及时排除装置故障位置，试验效果欠佳，试验装置回收利用率较差；

3. 试验装置尚不能直接对浆液加固效果进行测试，需单独对加固体取样，再进行渗透系数试验；

4. 注浆扩散模过程中难以精确得到多位置应力、应变情况，注浆扩散过程中收集数据结果单一，难以对渗流过程的流量场、土压力场、渗流场数据进行统一测量。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供一种富水砂土地层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验装置与方法，能够实现注浆扩散过程整体可视化，观察湿润峰运动规律，能够模拟不同类型工况，更贴合实际应用，并能对加固体试样进行渗透系数试验，以进一步评估加固效果。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种富水砂层注浆扩散加固模拟及渗透系数试验装置，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。

进一步的，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。

进一步的，所述砂层模拟系统的左右两端分别设有入浆仓和出浆仓；