一种三维渗透注浆模拟试验装置的制作方法

1.本实用新型涉及地下工程技术领域，具体涉及一种适用于三维渗透注浆模拟试验的装置。


背景技术：

2.注浆技术作为一种提高土体强度，减小土层渗透性的重要手段，在各类地下岩土工程中得到广泛的应用。在卵砾石及中粗砂等地层中，地层中土颗粒间隙相对较大，其注浆扩散形式以渗透为主。当水泥基颗粒型浆液注入砂砾石地层时，浆液颗粒受土体骨架吸附阻拦，导致浆液浓度降低，土体孔隙率、渗透率均减小，阻碍浆液进一步扩散。水泥基浆液渗透扩散机制极为复杂，室内模拟试验是其主要研究方法之一，实现注浆参数的准确控制以及注浆过程信息的实时准确采集是注浆模拟试验研究的难点。
3.现有渗透注浆模拟试验装置尚不能很好地满足模拟试验需求，具体存在以下问题：
4.(1)注浆控制方式较为落后，多采用气动/手动注浆泵、氮气瓶作为注浆泵送压力来源，注浆参数调节不够灵活准确，仅能采取恒速率或者恒压力的单一注浆方式，无法模拟脉冲式注浆等复杂注浆控制工艺；
5.(2)在注浆过程中无法实时监测注浆压力、注浆流量、被注介质内部浆液压力分布及扩散范围信息；
6.(3)无法有效解决注浆过程中储浆容器内浆液离析沉淀难题。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是为克服现有试验装置的不足，提供一种三维渗透注浆模拟试验装置，能够实现在恒压、恒速以及脉冲注浆等多种注浆模式之间灵活转换和参数无级调节，实时采集注浆压力、流量等注浆过程信息，储浆桶底部设有浆液搅拌机，防止浆液分层离析，保证注浆质量。
8.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
9.一种三维渗透注浆模拟试验装置，包括供浆单元和三维注浆试验台；
10.所述的三维注浆试验台，用于放置试验砂样，在试验砂样内预埋渗压传感器，所述的渗压传感器与数据采集装置相连；
11.所述的供浆单元由控制系统、液压站、液压千斤顶、支架、钢质活塞和储浆桶构成；所述的储浆桶安装在所述的支架内，在支架上安装液压千斤顶，所述的液压千斤顶的动力输出端连接钢质活塞，使储浆桶内部的浆液进入到三维注浆试验台；所述的储浆桶通过注浆管与三维注浆试验台内部连通；所述的控制系统控制液压千斤顶运动。
12.作为进一步的技术方案，所述的三维注浆试验台包括上下多层筒体，上下多层筒体之间通过连接件相连。
13.作为进一步的技术方案，每层三维注浆试验台的一侧设有一个出浆口，所述的出
浆口与废液收集容器连通。
14.作为进一步的技术方案，在每层三维注浆试验台的侧壁上设有引线孔，所述的渗压传感器的数据线穿过对应的引线孔与数据采集装置相连。
15.作为进一步的技术方案，在所述的钢质活塞上设有注浆孔，在注浆孔内安装有进浆阀门。
16.作为进一步的技术方案，在所述的钢质活塞上还设有溢浆孔，在溢浆孔内安装有止浆阀门。
17.作为进一步的技术方案，在所述储浆桶内安装有搅拌装置。
18.作为进一步的技术方案，在液压千斤顶上还安装有位移传感器，所述的位移传感器与所述的控制系统相连。
19.作为进一步的技术方案，所述的位移传感器置于钢质活塞与高强支架上端面之间。
20.作为进一步的技术方案，所述的位移传感器置于钢质活塞与支架上端面之间。
21.作为进一步的技术方案，在所述的注浆管上设有控制阀门。
22.本实用新型的有益效果：
23.本实用新型根据实际理论问题需要，在目前试验设备无法满足试验条件的基础上，进行研发，具有以下优点：
24.(1)本试验装置整体结构较简单，便于操作，装置所需材料获取方便，能够很好满足对于渗透注浆扩散形态演变观测的要求；
25.(2)本试验装置能控制注浆口的开闭，设置了位移传感器及相应的伺服系统。可实现预设恒定速率下的注浆试验；
26.(3)本装置将位移传感器置于钢质活塞与高强支架上端面之间，通过控制系统实现对浆液的恒速加压，保证浆液在开展渗透注浆过程中的恒定速率，且设置螺旋搅拌叶片，防止水泥浆液分层离析；
27.(4)本实用新型提出的三维注浆试验台装置，可实现对浆液扩散规律的空间形态观测，有助于更深地理解渗透注浆规律；
附图说明
28.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的限定。
29.图1是本实用新型三维渗透注浆试验系统示意图；
30.图2是本实用新型三维注浆试验台示意图。
31.其中，1、伺服控制系统；2、油压管路；3、钢质活塞；4、液压站；5、储浆桶；6、液压千斤顶；7、高强支架；8、输浆管路；9、注浆孔；10、引线孔； 11、渗压传感器；12、被注砂样；14、出浆口；15、废液收集容器；16、电阻式应变箱；17、电脑；18、出浆口；19、搅拌螺旋桨；20、搅拌电机；21、进浆阀门；22、止浆阀门；23、传感器导线；24、高强螺栓；25、试验腔；26、试验腔底板；27、钢制注浆花管；28、承载板；29、圆形底座。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
33.本实施例中的三维渗透注浆模拟试验装置，主要由供浆单元、三维注浆试验台3、多元信息采集部分组成，具体的如图1所示：三维注浆试验台3与供浆单元、多元信息采集部分相连；
34.其中，本实施例中的供浆单元由电脑17、伺服控制系统1、液压站4及压浆装置构成，其中，压浆装置由液压千斤顶6、高强支架7、钢质活塞3、储浆桶5构成；储浆桶5安装在所述的高强支架7内，在高强支架7上安装液压千斤顶6，液压千斤顶6的动力输出端连接钢质活塞3，使储浆桶5内部的浆液进入到三维注浆试验台；储浆桶通过注浆管与三维注浆试验台内部连通；所述的控制系统控制液压千斤顶运动。通过电脑17内置测控软件，经由伺服控制系统 1控制液压站4，调节推进液压油缸带动钢质活塞3运动，实现恒压或恒速率注浆。
35.进一步的，本实施例中的压浆过程中，液压站4内的油压传感器可以实时记录液压千斤顶油压力，通过换算即可得到注浆压力。
36.进一步的，在电脑17中设定注浆压力或注浆速度，将信号传递至伺服控制系统1，伺服控制系统1中的控制器集信号数据采集、转换、处理功能于一体，其内部控制模式转换装置可实现执行机构在力、速度或位移等不同伺服控制方式之间的稳定转换，同时可通过伺服系统1控制增压油缸的高频或变频动作从而产生液体脉冲，能够在不同伺服控制下实现恒压、恒速以及脉冲注浆等多种注浆模式，以便满足不同实际工况的特定需求时能够灵活选择最佳注浆形式，达到事半功倍，实现良好的注浆效果。
37.上述的高强支架7包含上、下支承板和4根立柱；其中上、下支撑板的四角位置处均预留立柱安装孔，且上支撑板几何中心处预留液压钢质活塞杆安装孔；液压千斤顶6及储浆桶5分别焊接在上支撑板的上、下表面，四根立柱分别穿过上、下支撑板的预留立柱安装孔，并采用高强螺栓进行紧固，形成高强支架7。
38.进一步的，在钢质活塞3与高强支架7上端之间还设有位移传感器18，位移传感器18一端固定在高强支架7上端板下表面，另一端与钢质活塞3连接，钢质活塞3移动带动传感器伸缩杆滑动，用于测量钢质活塞3推进时垂直方向产生的位移，通过位移传感器18与电脑17相连，将位移数据传递至伺服控制系统1，从而对伺服控制阀进行调控。通过在电脑中设定最大位移限值来约束钢质活塞3沿垂直方向的运动并限制钢质活塞3的垂向最大位移，避免与储浆桶5 内的螺旋桨19发生碰撞。
39.进一步的，在钢质活塞3上，分别设有注浆孔和溢浆孔，在注浆孔安装进浆阀门21，在溢浆孔安装止浆阀门22，将依据工程条件选定的浆液通过进浆阀门21注入储浆桶5内，止浆阀门22用于注浆时控制桶内外气压平衡以及防止浆液溢出。
40.进一步的，搅拌机内置于储浆桶5中，包括螺旋桨19、搅拌电机20，搅拌电机20通过传动轴连接螺旋桨19，通过密封胶圈密封在储浆桶5的底部。
41.进一步的，在进浆、注浆过程中，开启搅拌机对储浆桶5内浆液进行搅拌，防止试验过程中浆液发生絮凝沉淀。
42.本实施例中的三维注浆试验台3由多个单层筒体组成，单层筒体为两瓣拼接组成，通过高强螺栓24对接，试验台整体装置则由各单层筒体通过高强螺栓 24上下连接构成，各层之间采用高强螺栓连接。各层筒体内充填所需试验砂样，各层筒体均在同侧开设引线孔
10，渗压传感器11按照预设点位埋置在装填砂样内部，传感器导线23经过电缆密封接头连接到电阻式应变箱16，再与电脑17 相连。
43.试验台顶板中心处开设注浆孔9，钢制注浆花管25上端通过外接输浆管路 8向试验台内砂层注浆，在渗透注浆过程中，通过电阻式渗压传感器11和静态电阻式应变仪监测各砂层内部浆液的渗流压力场分布。
44.试验台另一侧开设出浆口14排出多余浆料，出浆口14与废液收集容器15 相连。
45.本实施例中还公开了利用上述的三维渗透注浆模拟试验装置进行试验的方法如下，具体包括以下步骤：
46.a.填砂及渗压传感器11埋设，砂样填至试验台各单层筒体高度一半时，在设计点位埋设渗压传感器11；
47.b.充装浆液，将依据工程设计选定的浆液通过进浆阀门注入储浆桶5中；
48.c.浆液搅拌，开启搅拌机19对浆液进行搅拌；
49.d.注浆搅拌完成后，关闭进浆阀门21止浆阀门22和搅拌机，打开储浆桶5 底部的注浆阀门，在电脑中设定注浆速率设计值，然后依靠液压油缸提供的动力驱动钢质活塞使浆液通过输浆管路8注入试验台腔25中。
50.e.浆液经过注浆口9进入钢制注浆花管27注入试验砂样12当中直到注浆结束。
51.本实用新型研究了三维渗透注浆试验系统及操作方法，与现有技术相比，该装置更加精准可控、在工程实践中可实现恒速率、恒压、脉冲注浆等多种注浆模式，以及保证注浆速度无级变速，解决了储浆桶中浆液离析、絮凝沉淀的问题。
52.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。