用于隧道工程注浆室内模型试验的试验装置

本技术涉及一种用于隧道工程注浆室内模型试验的试验装置，属于隧道工程。

背景技术：

1、在隧道工程地质勘探过程中，由于地质环境复杂具有高海拔、高地震烈度、高地应力、高水压、高地热等特点；为探明这些复杂的地质条件，一般采用水平孔与垂直孔钻探，而水平孔钻进过程中不可避免的会出现孔壁失稳与泥浆漏失等问题，为此大多采用泥浆液进行护壁堵漏，更形象直观的观察和研究浆液的扩散方式、扩散区域以及注浆后的堵漏效果具有重要意义。由于复杂地层在进行水平孔钻进的地质勘探过程中，无法实地确定注浆堵漏所需要的注浆压力以及最后的堵漏效果，为此，需要一个能模拟地层本身注浆的装置，即模型箱，进行模型箱试验。

2、模型箱试验是工程结构领域常用的研究手段之一，通过按尺寸比例缩小的模型箱试验和得出结果利用相似比换算，获取相关数据以及检查设计缺陷。但是现有的岩土工程试验模型箱存在以下问题：

3、现有的岩土工程试验模型箱大多尺寸固定，其形状与大小不能根据自身切实需要进行调节，占据空间大、收纳困难，不能做到重复使用，没有践行绿色节约的宗旨，功能过于单一等缺陷。少数模型箱采用了装配式结构，如：

4、华南理工大学提出的全透明的可三维调整尺寸的装配式多功能岩土工程模型箱利用透明的有机玻璃面板组合成模型箱，但是由于整个箱体只考虑了侧板，没有考虑顶板与底板，没有考虑实际工程中岩体之间的应力场对与试验数据的影响，以及根据实际工程所设计出的模型箱发生改变钢底板与钢框架也得发生改变，不能做到循环利用。

5、西安建筑科技大学提出的一种岩土工程注浆效果评价装置，利用储浆桶和一个与储浆桶相连且带压力显示的千斤顶施力的模型箱组成，但整个注浆系统的最大注浆压力是由储浆桶的高度与重量决定，并未考虑对于在给坚硬岩体注浆时所需达到的起劈压力，对于长隧道大型工程的注浆不能根据需求进行自身调节，不能准确得知注浆前后具体数据的变化。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种能适应不同尺寸、不同类型、不同地应力的隧道工程模型试验以及在隧道工程中需要模拟的注浆堵漏与加固效果的可视化和定量化的试验装置。

2、为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

3、用于隧道工程注浆室内模型试验的试验装置，包括：装配式全透明模型箱、带压力显示的施压机构、注浆机构、检测机构和加固机构；

4、所述装配式全透明模型箱包括箱体和位于所述箱体内部的容置空间；所述箱体包括多个高强度透明钢化玻璃模块，多个高强度透明钢化玻璃模块之间通过榫卯结构拼接；所述箱体上开设有施压孔和注浆孔；所述容置空间配置为放置被模拟土层；

5、所述带压力显示的施压机构，其一端穿过所述施压孔对所述容置空间内的被模拟土层施加压力；

6、所述注浆机构包括注浆花管；所述注浆花管穿过所述注浆孔、所述注浆花管的出浆口位于所述容置空间内的被模拟土层内；

7、所述检测机构包括检测头；所述检测头设置在所述容置空间内的被模拟土层内；

8、所述加固机构设置在所述装配式全透明模型箱的周围。

9、所述箱体包括底板、顶板和侧板；所述底板由多个高强度透明钢化玻璃模块通过榫卯结构拼接而成；所述顶板由多个高强度透明钢化玻璃模块通过榫卯结构拼接而成；所述侧板由多个高强度透明钢化玻璃模块通过榫卯结构拼接而成；所述底板、顶板和侧板之间通过榫卯结构拼接。

10、所述装配式全透明模型箱可根据所需模拟地层的尺寸进行拼接，可以呈正方体或长方体形状。

11、所述施压孔设置于所述箱体的顶部。

12、所述注浆孔设置于所述箱体的侧面；所述带压力显示的施压机构的压力显示部位位于所述箱体外。

13、所述带压力显示的施压机构包括带压力显示的千斤顶和油压泵，所述带压力显示的千斤顶和所述油压泵连接。

14、用于隧道工程注浆室内模型试验的试验装置还包括支撑架，所述支撑架设置于所述箱体的上方、支撑所述压力显示的千斤顶。

15、所述注浆机构包括：储浆桶、带有压力显示表的注浆泵、管道、阀门和流量计；所述注浆泵的进口与所述储浆桶的出口连接，所述注浆泵的出口通过所述管道与所述注浆花管的进浆口连接；所述阀门和流量计设置于管道。

16、所述的检测头为模型箱试验所模拟隧道工程中的不同试验而确定，当模拟泥浆护壁堵漏试验时常采用测量含水率的探头，而在模拟泥浆护壁加固试验时可以采用土压力监测探头。

17、所述加固机构包括管件和连接件，所述管件纵横交叉，所述管件的交叉处通过连接件连接。

18、本实用新型的有益效果是：

19、(1)本实用新型的装配式全透明模型箱采用多个高强度透明钢化玻璃模块通过榫卯结构拼接而成，可以根据需要模拟地层的大小，适时的改变装配式全透明模型箱的大小，可以透过装配式全透明模型箱的外侧实时的观察注浆过程中的浆液扩散情况，做到了全透明可视化以及观测的实时化。用千斤顶来模拟不同地层的应力情况，用检测头能够准确地测试出自注浆开始之时起至注浆完成后任意时间节点的土层变化情况，为后期注浆效果的评定以及优化泥浆配比提供了强有力的证据，做到了试验结果的严密准确化。

20、(2)本实用新型采用装配式结构与加固结构都拆卸简单易于操作，在使用完成之后也可以进行及时的收纳，不占据多余的空间位置做到了构成模型箱的材料可重复利用化、绿色环保化。

21、(3)本实用新型增设千斤顶来模拟不同地层的应力情况，用检测头能够准的测试出自注浆开始之时起至注浆完成后任意时间节点的土层变化情况，为后期注浆效果的评定以及优化泥浆配比提供了强有力的证据，做到了试验结果的严密准确化。

22、综上，本实用新型提供的用于隧道工程注浆室内模型试验的试验装置能够考虑地应力的前提下实际的模拟不同地层的隧道注浆问题，确定出注浆浆液的最佳配比，分析出注浆的扩散方式以及注浆效果，且所设计的装配式全透明模型箱能够根据试验需要实现纵向、横向及铅直方向三位调整模型箱尺寸，六面全部采用高强度透明钢化玻璃板，可以随时观察到模型箱内部的实时变化情况。另外，该试验装置提供了除隧道工程之外的六面全封闭的模型试验装置，也可以满足一般的岩土工程模型试验。

技术特征：

1.用于隧道工程注浆室内模型试验的试验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于隧道工程注浆室内模型试验的试验装置，其特征在于，所述箱体包括底板、顶板和侧板；所述底板由多个高强度透明钢化玻璃模块通过榫卯结构拼接而成；所述顶板由多个高强度透明钢化玻璃模块通过榫卯结构拼接而成；所述侧板由多个高强度透明钢化玻璃模块通过榫卯结构拼接而成；所述底板、顶板和侧板之间通过榫卯结构拼接。

3.根据权利要求2所述的用于隧道工程注浆室内模型试验的试验装置，其特征在于，所述装配式全透明模型箱呈长方体或正方体形状。

4.根据权利要求1所述的用于隧道工程注浆室内模型试验的试验装置，其特征在于，所述施压孔设置于所述箱体的顶部。

5.根据权利要求1所述的用于隧道工程注浆室内模型试验的试验装置，其特征在于，所述注浆孔设置于所述箱体的侧面；所述带压力显示的施压机构的压力显示部位位于所述箱体外。

6.根据权利要求1所述的用于隧道工程注浆室内模型试验的试验装置，其特征在于，所述带压力显示的施压机构包括带压力显示的千斤顶和油压泵，所述带压力显示的千斤顶和所述油压泵连接。

7.根据权利要求6所述的用于隧道工程注浆室内模型试验的试验装置，其特征在于，还包括支撑架，所述支撑架设置于所述箱体的上方、支撑所述压力显示的千斤顶。

8.根据权利要求1所述的用于隧道工程注浆室内模型试验的试验装置，其特征在于，所述注浆机构包括：储浆桶、带有压力显示表的注浆泵、管道、阀门和流量计；所述注浆泵的进口与所述储浆桶的出口连接，所述注浆泵的出口通过所述管道与所述注浆花管的进浆口连接；所述阀门和流量计设置于管道。

9.根据权利要求1所述的用于隧道工程注浆室内模型试验的试验装置，其特征在于，所述检测头为测量含水率的探头或土压力监测探头。

10.根据权利要求1所述的用于隧道工程注浆室内模型试验的试验装置，其特征在于，所述加固机构包括管件和连接件，所述管件纵横交叉，所述管件的交叉处通过连接件连接。

技术总结
本技术公开了一种用于隧道工程注浆室内模型试验的试验装置，属于隧道工程技术领域。该试验装置包括装配式全透明模型箱、带压力显示的施压机构、注浆机构、检测机构和加固机构；装配式全透明模型箱的箱体由多个高强度透明钢化玻璃模块通过榫卯结构拼接；带压力显示的施压机构的一端对容置空间内的被模拟土层施加压力；注浆机构的注浆花管的出浆口位于被模拟土层内；检测机构的检测头设置在被模拟土层内；加固机构设置在所装配式全透明模型箱的周围。该试验装置能够根据试验需要实现纵向、横向及铅直方向三位调整模型箱尺寸；解决了现有模型箱不能根据需求进行自身调节，模拟地层应力困难，模拟试验实时观测性难，评价注浆效果模糊等技术问题。

技术研发人员：慕焕东,白逸松,邓亚虹,张昭,何也,马浩
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：20220928
技术公布日：2024/1/13