海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置及实验方法

本发明涉及一种海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置及实验方法，属于岛礁工程地质灾害防治。

背景技术：

1、钙质砂层孔隙丰富、胶结能力较弱、颗粒易破碎、强度较低、高渗透性以及高压缩性等特性，其导致的地基空缝、地基凹陷、地基沉降变形、结构物大变形、结构物整体失稳、砂土液化等地质灾害更具破坏性，是岛礁工程建设期与运营期不可忽视也难以避免的重点难点问题，虽然注浆理论和注浆技术在岩土工程中已经得到非常广泛的应用，但国内外对钙质砂注浆的研究还很欠缺，尤其是钙质砂注浆中浆液扩散模式难以确定，注浆加固效果也不能得到合理的评估与预测，现有注浆理论难以直接应用，注浆扩散加固实验方法能较为全面且真实地模拟海水环境下岛礁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。

2、现有的钙质砂注浆扩散模型试验系统存在以下问题：1.现有钙质砂注浆扩散模型试验装置未能模拟海水环境下的注浆扩散加固，所获取的实验数据与实际情况相差甚远；2.现有钙质砂注浆扩散模型试验装置均针对单孔单序注浆，不能实现多空多序注浆；3.现有钙质砂注浆扩散模型试验装置复杂，实验过程繁琐，实验误差较大，容易浪费材料，造成不必要的损失。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置及实验方法；能够较为真实模拟海水环境下钙质砂注浆扩散加固过程，实现注浆扩散过程可视化，能够实现钙质砂层多空多序注浆。

2、为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

3、海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置，包括海水环境模拟系统、钙质砂层模拟系统、数据采集与监测系统、注浆与储浆系统；

4、所述海水环境模拟系统包括：

5、第一储水箱；

6、第一透明容器，其进水口与所述第一储水箱的出水口连通；

7、流速控制机构，设置于所述第一透明容器的进水口处；

8、第二储水箱，其进水口与所述第一透明容器的出水口连通；

9、注水泵，将所述第一储水箱内的水泵入所述第一透明容器内；

10、所述钙质砂层模拟系统包括第二透明容器；所述第二透明容器设置在所述第一透明容器内、与所述第一透明容器静连接；所述第二透明容器，其上端设置有注浆口，其下端设置由排气口，其侧壁上开设有若干透水孔；所述第二透明容器内装有钙质砂形成钙质砂土层；

11、所述数据采集与监测系统包括：

12、若干压力传感器，埋设于所述钙质砂土层内部的不同位置；

13、信号收集器，与所述压力传感器信号连接；

14、计算机控制平台，与所述信号收集器信号连接；

15、所述注浆与储浆系统包括：

16、储浆桶，其出浆口与所述第二透明容器的注浆口连通；

17、空气压缩机，其出气口与所述储浆桶内部连通，将所述储浆桶的浆液通注入所述第二透明容器。

18、根据本发明公开的一些实施例，所述钙质砂层模拟系统还可以包括固定装置；所述第二透明容器与所述第一透明容器静之间通过所述固定装置连接。

19、根据本发明公开的一些实施例，所述固定装置包括顶板、底板、连接件，所述连接件连接于所述底板和顶板之间；所述顶板的至少一边缘与所述第一透明容器的内壁连接，所述底板的至少一边缘与所述第一透明容器的内壁连接；所述第二透明容器位于所述底板和顶板之间、与所述底板静连接。

20、根据本发明公开的一些实施例，所述流速控制机构包括：

21、腔体；

22、分隔机构，设置于所述腔体内，将所述腔体的内部空间分隔为上部空间和下部空间，

23、通道机构，竖向设置在所述下部空间内、将所述下部空间分隔为左部空间和右部空间，其顶端顶端开口、与所述上部空间连通，其底端与所述腔体连接；所述通道机构的侧壁上开设有若干透水孔；

24、闸门，设置在所述通道机构内，其边缘与所述通道机构内壁密封，沿所述通道机构上下移动；

25、伸缩连接机构，竖向伸缩，设置于所述腔体内，所述一端与所述腔体的顶端连接，另一端与所述闸门的顶端连接；

26、其中，所述流速控制机构的进水口位于所述左部空间，所述流速控制机构的出水口位于所述右部空间。

27、根据本发明公开的一些实施例，所述伸缩连接机构包括：

28、伸缩杆，设置于上部空间内，竖向伸缩，其顶端与所述腔体顶部连接；

29、连接杆，设置于上部空间内，水平设置，其一端与所述伸缩杆的伸缩端连接，其另一端与所述闸门连接；

30、固定杆，设置于上部空间内，其一端与所述伸缩杆的下端连接，其另一端与所述分隔机构的顶部连接。

31、根据本发明公开的一些实施例，所述流速控制机构设置在所述第一透明容器内，其进水口与所述第一透明容器的进水口连通。

32、根据本发明公开的一些实施例，还包括海水盐度检测器；所述海水盐度检测器的检测头位于所述第一储水箱内部。

33、根据本发明公开的一些实施例，还包括流量计、压力计、和开关阀门；所述流量计和开关阀门分别设置于所述第一储水箱出水口和所述第一透明容器进水口之间、所述第一透明容器出水口和所述第二储水桶进水口之间，所述压力计设置于所述储浆桶与所述第二透明容器的注浆口之间。

34、根据本发明公开的一些实施例，所述注浆与储浆系统包括搅拌机构；所述搅拌机构设置在所述储浆桶内。

35、采用上述的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置的实验方法，

36、步骤一：根据研究的钙质砂层以及所处的实际环境准备性质相同或者相似的钙质砂和海水；

37、步骤二：将海水注入第一储水桶，将钙质砂装入第二透明容器形成钙质砂土层，将压力传感器埋设于钙质砂土层内部的不同位置；

38、步骤三：调试海水环境模拟系统和注浆与储浆系统，使其符合所需要的实验要求状态，确保试验数据获取的稳定性和实验过程的平稳性；

39、步骤四：当注浆与储浆系统和海水环境模拟系统均达到设计值后，开启海水环境模拟系统为第一透明容器注入海水、开启注浆与储浆系统为砂层模拟系统注入浆液，通过砂层模拟系统中的第二透明容器的透水孔形成海水环境，进行注浆扩散试验；

40、在注浆扩散试验过程中，随时记录第二透明容器中的压力传感器向信号收集器输出的数据，与此同时开启摄像机进行全过程录像，并及时记录注水管和注浆管上的流量计、压力计等原始数据；

41、步骤五：注浆扩散试验后可取出砂层模拟系统内的实验土体，进行浆液扩散半径的测试；

42、步骤六：实测完浆液扩散半径后，对实验土体养护2d从而形成加固土体，拆除模型取出模芯，得到加固体单轴抗压标准试样，随后对加固体单轴抗压标准试样进行土工试验，确定相关加固体强度。

43、本发明与现有技术相比所取得的有益效果如下：

44、1.本发明所述提供的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置,通过第一储水箱，第二储水箱和流速控制机构可以控制海水的进出和流速以及形成渗流回路，能够准确模拟还原真实的海水环境，便于在室内进行注浆试验模拟研究。

45、2.本发明所述提供的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置，通过透明容器和固定装置，不仅可以克服传统做法的单孔单序注浆，从而准确实现实际工程普遍采用的多孔多序的注浆方案，还可以使整个装置更加牢固紧密，增加实验数据的准确性。

46、3.本发明所述提供的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置，海水环境模拟系统中的储存海水容器和钙质砂层模拟系统中的盛砂系统采用透明可视化以及耐腐蚀设计，使用的录像机可以随时随地记录浆液的注入与扩散情况，解决了传统可注性设备无法实时直观观测的难题。

47、4.本发明所述提供的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置,注浆与储浆系统中的储浆桶安装有搅拌机构，可随时搅拌浆液使其浓度均匀，防止存放的浆液因时间过长出现离析现象。