一种针对不良地质的可视化注浆模型试验系统及试验方法与流程

1.本发明涉及注浆模拟试验装置，具体涉及针对不良地质的可视化注浆模型试验系统及试验方法。


背景技术：

2.近年来随着国民经济的提升，我国城市建设再提速，城镇化水平也不断提高，城市人口数量激增。为缓解城市用地紧张和交通拥挤，推进城市地下空间开发与利用，加快了城乡一体化建设。城市地铁建设可有效缓解交通压力，缩短城乡之间的距离，加快地铁沿线区域的经济发展，同时提升城市居民的生活便利感和幸福感。随着城市地铁不断的网状建设和提速，也将面临一系列不利于地铁建设的问题。其中最为突出的就是地铁车站和隧道位于或穿越复杂的不良地质，如富水深厚砂层、富水破碎断层、岩溶等，而且周边环境对地铁建设的要求愈发严苛。对地铁建设的要求越来越高，施工难度越来越大。
3.注浆技术具有很强的适应性，已成为治理不良地质最主要的技术手段。通过注浆设备将浆液注入不良地质中，充填砂层、破碎带或溶洞，提高岩土体之间的胶结强度，改善岩土体的力学性能，并提高整体稳定性；同时，浆液充填裂隙、空（孔）隙能阻隔岩土体间的水力联系，提高其抗渗性能，降低工程建设过程中地质灾害发生的风险。在实际工程中，因不良地质注浆治理受地下水和岩土体相互作用，加固效果影响因素复杂多变，而且注浆治理属于隐蔽工程，无法直观研究注浆加固防渗作用机理，导致注浆技术的实施主要依靠工程经验，注浆加固理论远落后于工程实践。
4.本技术提出一种针对多因素影响不良地质的可视化注浆模型试验系统与方法，能够研究不同因素下不良地质注浆加固防渗的效果，同时用过模拟试验可以全面系统的研究不良地质注浆加固作用机理，这对于指导不良地质注浆加固的设计与实施具有重要的工程实践意义。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种针对多因素影响不良地质的可视化注浆模型试验系统与方法。
6.为实现上述发明目的，本发明公开了以下技术方案：一种针对多因素影响不良地质的可视化注浆模型试验系统，包括不良地模拟平台、注浆泵、压力表、浆液搅装置、注浆管、调节阀。不良地模拟平台用于模拟不同的不良地质；注浆泵主要提供足够的注浆压力；压力表用于实时监测注浆压力变化；浆液搅拌装置用于搅拌注浆浆液；浆液主要通过注浆管注入不良地层中；调节阀可根据实际注浆需要调节注浆流量。
7.所述不良地模拟平台设置有模型箱、可视化窗口、可活动吊杆、注浆孔、顶部进水孔、出浆孔和底部出水孔。
8.本发明还提供一种针对多因素影响不良地质的可视化注浆模型试验方法，该方法
使用上述系统，具体包括以下内容：（1）首先在模型箱内壁刷油，模型箱底部安装两块泡沫（尺寸：长宽高1000mm
×
200mm
×
10mm），可满足叉车臂插入底部，以便注浆后方便取出整个模型结石体；出水孔贴上泡沫进行排水虑砂，防止浆液流入孔口堵塞；从平台顶部安装预留注浆管。安装密封地层模型平台，打开顶部填料口，按照设计比例称取砂石材料，充分搅拌均匀后进行破碎带岩体的模拟填料。以富水破碎带地层为例，采用粗砂、瓜米石和碎石模拟破碎岩体，粒径分布范围为0.5mm~50mm。粗砂：瓜米石：碎石按照1:2:3的比例充分搅拌均匀后填筑到破碎岩体模拟平台内部。特别注意可根据实际工程中不良地质的特征分别进行模拟；（2）破碎岩体填筑完成后，将高强螺栓连接的顶面和侧面接缝处用密封胶进行密封，同时引线孔也需用密封胶密封，保证整个模拟的破碎地层处于一个安全密封的状态。将注水管与平台进水阀连接，进行注水；当出浆孔有水溢出时，停止注水；静止24小时后打开底部放水阀门，测量水量并计算孔隙率；（3）试验前先将浆液输送管分别与注浆泵的进浆口和出浆口连接，并安装好控制阀门；将连接出浆口的浆液输送管另一端与模拟平台顶部的注浆管连接，再安装注浆压力表；按照试验配比制备浆液。注浆开始时，先关闭模拟平台底部和顶部的进水阀门。打开注浆泵开关开始注浆，通过可视化窗口实时观察注浆浆液的液面高度；当模型上部阀口有浆液溢出时，关闭上部出浆阀门，在密闭状态下继续注浆待达到设计终压后，稳压5 min，并实时采集监测数据；（4）7天后打开破碎岩体模拟平台，进行注浆结实率效果分析。将注浆加固模型整体用叉车取出，重复以上试验步骤，完成其他组注浆模拟试验。
9.（5）待28d龄期时进行钻孔取样，测试结石体的单轴抗压强度和抗剪强度，并进行微观结构和物理化学分析，最后研究分析不同注浆因素对注浆效果的影响，并结合微观试验研究注浆加固作用机理。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1.本发明试验系统可模拟复杂的不良地质注浆加固，如可根据实际工程特点富水深厚砂层、富水破碎断层、岩溶，可研究不同因素（不同注浆压力、注浆深度、注浆位置、注浆材料）对注浆加固效果的影响，结合芯样力学试验和微观试验可研究不良地质注浆加固作用机理，能够完善注浆加固理论，同时直接为实际工程提供参考。
11.2.本试验系统具有可视化功能，能够通过可视化窗口观察到模型箱内注浆浆液的流动位置，为注浆控制提供直观的指导，同时该试验系统还可进行重复试验，可极大的降低试验的经济成本并缩短时间成本。
附图说明
12.图1为本发明不良地质模拟平台三维示意图；图2为本发明不良地质模拟平台的正视图；图3为本发明不良地质模拟平台的侧视图；图4为本发明在注浆压力为0.1mpa和0.3mpa情况下注浆效果分析。
具体实施方式
13.为了使本发明的一种针对多因素影响不良地质的可视化注浆模型试验系统与方法及优点更加清楚简单易懂，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细的描述。应该指出，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
14.本发明提供了一种多因素不良地质可视化注浆模型试验系统（简称系统），包括不良地模拟平台、注浆管、调节阀，其中不良地模拟平台包括模型箱1、可活动吊杆2、注浆孔3、顶部进水孔4、出浆孔5、底部出水孔6、高强螺栓7、可视化窗口8、填料口9。
15.本发明提供了一种多因素不良地质可视化注浆模型试验系统（简称系统），包括不良地模拟平台、注浆管、调节阀，其中不良地模拟平台包括模型箱1、可活动吊杆2、注浆孔3、顶部进水孔4、出浆孔5、底部出水孔6、高强螺栓7、可视化窗口8、填料口9。
16.本发明还提供一种针对多因素影响不良地质的可视化注浆模型试验的方法，包括以下内容：1）首先在模型箱内壁刷油，模型箱底部安装两块泡沫（尺寸：长宽高1000mm
×
200mm
×
10mm），可满足叉车臂插入底部，以便注浆后方便取出整个模型结石体；出水孔贴上泡沫进行排水虑砂，防止浆液流入孔口堵塞；从不良地模拟平台顶部安装预留注浆管。安装可拆卸侧面和可拆卸顶面，打开顶部填料口，按照设计比例称取砂石材料，充分搅拌均匀后进行破碎带岩体的模拟填料。以富水破碎带地层为例，采用粗砂、瓜米石和碎石模拟破碎岩体，粒径分布范围为0.5mm~50mm。粗砂：瓜米石：碎石按照1:2:3的比例充分搅拌均匀后填筑到破碎岩体模拟平台内部。特别注意可根据实际工程中不良地质的特征分别进行模拟。
17.2）破碎岩体填筑完成后，将高强螺栓连接的可拆卸侧面和可拆卸顶面接缝处用密封胶进行密封，同时引线孔也需用密封胶密封，保证整个模拟的破碎地层处于一个安全密封的状态。将顶部进水管与平台进水阀连接，进行注水；当出浆孔有水溢出时，停止注水；静止24小时后打开底部出水孔阀门，测量水量并计算孔隙率。
18.3）试验前先将浆液输送管分别与注浆泵的进浆口和出浆口连接，并安装好调节阀；将连接出浆口的浆液输送管另一端与模拟平台顶部的注浆管连接，再安装注浆压力表。
19.按照试验配比制备浆液，先将胶凝材料放入搅拌桶中，用搅拌机搅拌不低于1分钟，再将配比的水溶液倒入搅拌桶中，先慢搅后快搅，慢搅转速控制800~1000r/min持续时间5分钟以上，快搅时间1500~1900r/min不低于3分钟。
20.注浆开始时，先关闭顶部进水孔、底部出水孔。打开注浆泵开关开始注浆，通过可视化窗口实时观察注浆浆液的液面高度；当模型箱顶部的出浆孔有浆液溢出时，关闭顶部出浆孔的阀门，在密闭状态下继续注浆待达到设计终压后，稳压5 min，并实时采集监测数据。
21.4）7天后采用可活动吊杆及手拉葫芦打开不良模拟平台的可拆卸侧面和可拆卸顶面，进行注浆结实率效果分析。将注浆加固模型整体用叉车取出，重复以上试验步骤，完成其他组注浆模拟试验。
22.5）待28d龄期时进行钻孔取样，测试结石体的单轴抗压强度和抗剪强度，并进行微观结构和物理化学分析，最后研究分析不同注浆因素对注浆效果的影响，并结合微观试验研究注浆加固作用机理。
23.以上所述仅为本发明进行模拟富水破碎带地层注浆加固实施例，并不用以限制本
发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。