野外抗冲刷性能检测装置及检测方法与流程

本发明涉及隧道工程注浆材料性能检测，更具体地，涉及野外抗冲刷性能检测装置及检测方法。

背景技术：

1、川藏铁路山岭隧道地质条件极其复杂，沿线广泛分布砂层、粘土层、断层破碎带、岩溶充填物，地层节理裂隙高度发育，区域水系密集，隧道开挖极易产生高流速开放式突涌水灾害，涌水具备突发性强、水压高、流量大、破坏性强的特征，严重威胁隧道开挖支护施工安全。

2、当前富水隧道涌水治理主流手段为注浆封堵工艺，但注浆材料性能直接决定堵水成效：常规纯水泥浆抗冲性能极差，动水条件下极易被水流稀释、冲失；水泥-水玻璃双液浆留存效果有限；化学灌浆虽抗分散能力较强，但原料单价高昂、环保性差，大规模使用会大幅抬升工程造价，不适用于长距离隧道涌水治理工程。行业研发的复合无机堵漏注浆材料可兼顾低成本与抗冲特性，但缺少适配野外施工现场的快速检测手段，无法在注浆前原位验证材料抗冲刷留存能力，易出现注浆后浆液流失、封堵失效、二次涌水问题。

3、现有注浆抗冲刷检测设备均存在明显短板：室内标准化动水冲刷试验装置（cn114858636a、cn116879089a）包含循环供水系统、稳流格栅等模块，整体体积庞大、组件繁多，固定于实验室室内，无法拆解转运至隧道野外工作面；设备模拟介质多为光滑底板、单一砂石，未还原川藏铁路断层卵石充填围岩真实骨架结构，水流紊动状态与隧道裂隙渗流差异大，试验数据与现场工况偏差显著；设备采购、运维成本高，中小型隧道项目部无法批量配置。现有现场试验仅采用简易水泥槽或铁皮槽，无标准化倾角调节结构，无法模拟不同坡度裂隙涌水；内部填充碎石粒径单一，未还原 10cm、5cm、3cm 多级卵石复合地层；供水无恒定流量增压控制，水流速度波动大，无法统一试验标准；无标准化称重、留存率计算流程，仅依靠肉眼主观判断浆液流失情况，无法实现定量对比评价，不同人员、不同工作面试验结果不具备可比性。此外，目前暂无统一的野外抗冲刷定量检测标准，室内试验方法流程复杂、周期长，无法适配隧道施工快速验证需求；现场简易试验仅定性观察浆液溃散状态，缺少浆液留存率核心量化评价指标，难以客观对比复合堵漏浆、水泥膏浆、普通水泥浆三类材料的抗冲优劣，无法为注浆配比优化、材料选型提供可靠数据支撑。

4、因此，有必要解决上述技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种野外抗冲刷性能检测装置及检测方法，以有效量化评价隧道动水工况下堵漏注浆材料的抗冲留存能力，为川藏铁路山岭隧道涌水治理注浆材料选型、配比优化提供试验依据，避免高流速动水冲刷造成浆液流失、封堵失效，杜绝隧道二次突涌水安全隐患。

2、基于上述目的，本发明提供一种野外抗冲刷性能检测装置，包括供水箱、增压泵、防水布、控制器、冲刷水槽、电动流量控制阀、第一管路、第二管路，其中：

3、所述供水箱用于储存水，所述供水箱与所述增压泵的进口相连通，所述增压泵的出口与所述冲刷水槽的进水端相连通，所述冲刷水槽的出水端设置为敞口；

4、所述防水布铺设在所述冲刷水槽的内壁上；

5、所述冲刷水槽的进水端的底部安装有液压系统，所述液压系统用于升降所述冲刷水槽的进水端；

6、所述冲刷水槽的底部的内壁铺设有多级复配鹅卵石，所述鹅卵石的起始铺设点与所述冲刷水槽的进水端的距离大于或等于0.8m，所述鹅卵石的粒径配比为直径10cm:直径5cm:直径3cm，体积比为1:3:6；

7、所述第一管路连通安装在所述供水箱与所述增压泵的进口之间，所述第二管路连通安装在所述增压泵的出口与所述冲刷水槽的进水端之间，所述电动流量控制阀连通安装在所述第二管路上；

8、所述控制器与所述液压系统、所述增压泵、所述电动流量控制阀均通信连接。

9、可选的，所述冲刷水槽的进水端与所述冲刷水槽的出水端形成有倾斜角ɑ，0°≤ɑ≤60°。

10、可选的，所述液压系统包括液压缸、电磁阀、泵站，所述液压缸的活塞杆的伸缩端安装在所述冲刷水槽的进水端的底部，所述泵站为所述液压缸提供液压油，所述控制器与所述电磁阀通信连接。

11、可选的，所述冲刷水槽采用不锈钢模块化拼接结构，所述冲刷水槽的宽度为30cm-50cm，长度为1.0m-3.0m，倾斜角ɑ=30°。

12、基于同一发明构思，本发明还提供一种野外抗冲刷性能检测方法，使用前述任一项所述的野外抗冲刷性能检测装置对抗冲刷材料的抗冲刷性能进行检测，包括以下步骤：

13、步骤一、将冲刷水槽放置于平整地面，将防水布铺设在冲刷水槽的底部内壁上，启动控制器控制液压系统对冲刷水槽的进水端进行升降调节，将冲刷水槽的进水端与冲刷水槽的出水端形成的倾斜角ɑ调节为预设数值，按体积比为1:3:6单层铺设多级复配鹅卵石，鹅卵石的起始铺设点与冲刷水槽的进水端的距离大于或等于0.8m，鹅卵石的粒径配比为直径10cm: 直径5cm:直径3cm；

14、步骤二、连通供水箱、增压泵与冲刷水槽，启动增压泵，控制器调节水流速度至预设值，稳定通水3min；

15、步骤三、称量待检测注浆材料初始总质量为m0，匀速将待检测浆液倒入到冲刷水槽中；

16、步骤四、持续恒定水流冲刷至待检测浆液完全凝固，关闭控制器和增压泵，收集全部凝固浆液结块并称重，记为m1；

17、步骤五、通过留存率公式η=(m1/m0)×100% ，计算抗冲刷指标，留存率越高代表材料抗冲性能越强，同步设置普通水泥浆、纤维素水泥膏浆作为对照组平行试验，对比三类浆液留存率，筛选适用于高流速动水隧道的复合堵漏注浆材料。

18、可选的，在倾斜角分别为 0°、15°、30°、45°、60°时，分别模拟水平、斜向、陡倾隧道裂隙动水涌水工况，进行五组标准试验坡度下的待检测浆液的检测。

19、可选的，水流速度范围为0.5-3.0m/s，分别模拟不同流速的动水涌水工况。

20、本发明提供的野外抗冲刷性能检测装置及检测方法，野外抗冲刷性能检测装置，包括供水箱、增压泵、防水布、控制器、冲刷水槽，首先，将供水箱储存水，将供水箱与增压泵的进口相连通，将增压泵的出口与冲刷水槽的进水端相连通，冲刷水槽的出水端设置为敞口，将冲刷水槽的进水端的底部安装有液压系统，液压系统用于升降冲刷水槽的进水端，将冲刷水槽的进水端与冲刷水槽的出水端形成的倾斜角调节为预设数值；然后，将防水布铺设在冲刷水槽的内壁上，将冲刷水槽的底部的内壁铺设有多级复配鹅卵石，鹅卵石的起始铺设点与冲刷水槽的进水端的距离大于或等于0.8m，鹅卵石的粒径配比为直径10cm:直径5cm:直径3cm，体积比为1:3:6；最后，启动增压泵，控制器调节水流速度至预设值，稳定通水3min，称量待检测注浆材料初始总质量为m0，匀速将待检测浆液倒入到冲刷水槽中，持续恒定水流冲刷至待检测浆液完全凝固，关闭控制器和增压泵，收集全部凝固浆液结块并称重，记为m1，通过留存率公式η=(m1/m0)×100% ，计算抗冲刷指标，留存率越高代表材料抗冲性能越强，同步设置普通水泥浆、纤维素水泥膏浆作为对照组平行试验，对比三类浆液留存率，筛选适用于高流速动水隧道的复合堵漏注浆材料。本发明提供的野外抗冲刷性能检测装置及检测方法，有效量化了评价隧道动水工况下堵漏注浆材料的抗冲留存能力，为川藏铁路山岭隧道涌水治理注浆材料选型、配比优化提供试验依据，避免了高流速动水冲刷造成浆液流失、封堵失效，杜绝隧道二次突涌水安全隐患。