專利申請(qǐng)書課案

1、一種可重復(fù)利用的飽水砂（土）層滲透注漿試驗(yàn)?zāi)Ｐ图皾B透注漿機(jī)理研究方法 技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種可重復(fù)利用的飽水砂（土）層滲透注漿試驗(yàn)?zāi)Ｐ图皾B透注漿機(jī)理研 究方法，屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域。背景技術(shù)注漿是工程中為了加固地層或者防滲堵漏而采用的一種施工方法。其原理是先預(yù)制 一定配比的可凝固的漿液，然后利用注漿泵或者其他注漿器材將其灌入地層中。漿液在 地層中擴(kuò)散，并與地層介質(zhì)顆粒膠結(jié)在一起，在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生固化，使土層或者建筑 物的力學(xué)性能得到改善。滲透注漿是指在不改變?cè)瓉?lái)土體物理和力學(xué)性質(zhì)的前提下，漿 液在壓力的作用下充填到土層的孔隙和巖石的裂隙中，并且將存在的自由水和氣體排擠 出孔隙，這種注漿方法所應(yīng)

2、用的注漿壓力相對(duì)較小。滲透注漿理論研究注漿過(guò)程中注漿壓力、流量、擴(kuò)散半徑與注漿時(shí)間之間的關(guān)系， 能夠?yàn)樽{設(shè)計(jì)和巖土工程的現(xiàn)場(chǎng)施工提供科學(xué)依據(jù)，揭示漿液在巖土縫隙中的流動(dòng)規(guī) 律，同時(shí)也能反映工藝技術(shù)、漿材性質(zhì)和地質(zhì)情況之間的關(guān)系。目前在滲透注漿領(lǐng)域， 理論方面的研究滯后于工程實(shí)踐，這主要是因?yàn)榈刭|(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地層的孔隙分布難于模 擬，且漿液運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散過(guò)程難于直接觀察。因此通過(guò)試驗(yàn)的方法研究滲透注漿理論是科學(xué) 有效的。國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行過(guò)一些研究漿液在砂層介質(zhì)中擴(kuò)散過(guò)程的試驗(yàn)，推導(dǎo)了注漿過(guò)程中擴(kuò) 散半徑與其他各種主要影響因素之間的關(guān)系，如李慎剛等通過(guò)室內(nèi)模擬試驗(yàn)提出了滲流 壓力與漿液粘度間的定性關(guān)系。但是

3、這些試驗(yàn)并沒(méi)有模擬在飽水砂層中注漿的情況，也 未能研究出漿液的壓力耗散及傳遞機(jī)理。隨著地下工程建設(shè)的蓬勃發(fā)展，社會(huì)對(duì)工程安 全及經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等綜合效益的要求越來(lái)越高，相關(guān)的理論探索已迫在眉睫。發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種可重復(fù)利用的飽水砂（土）層滲透注漿試驗(yàn) 模型。本發(fā)明還提供一種利用上述試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯繚B透注漿擴(kuò)散機(jī)理的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種可重復(fù)利用的飽水砂(土)層滲透注漿試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀稍囼?yàn)主體系統(tǒng)，注漿系統(tǒng)， 傳感器系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)四部分組成。所述試驗(yàn)主體系統(tǒng)是由鋼化玻璃板、結(jié)構(gòu)架、底座三部分組成的試驗(yàn)箱。所述試驗(yàn)箱的外觀尺寸長(zhǎng)x寬x高為 160cm 160cmK 160cm

4、所述鋼化玻璃板共前、后、左、右、上、下六塊，尺寸長(zhǎng)X寬為150cmX 150cn。所述前面玻璃板中部預(yù)留1個(gè)半徑為2mm的圓孔，用來(lái)插入注漿管；所述后面玻璃板預(yù)留5 個(gè)半徑為2mm的集線孔，用來(lái)將滲壓計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸線連到應(yīng)變儀上；所述左、右面玻璃 板預(yù)留4個(gè)半徑為2mm的排水孔，用于在注漿過(guò)程中將水自由排出。所述結(jié)構(gòu)架及底座采用 Q345B鋼板組成，在四周的棱上，均用鋼板焊接或者用螺栓 連接，并且在前后左右四個(gè)面上均用鋼板肋加固，增強(qiáng)試驗(yàn)箱的承壓能力。所述頂面的鋼化玻璃板和鋼板是可拆卸的，用來(lái)填料和卸料。所述試驗(yàn)箱尺寸的設(shè)計(jì)主要應(yīng)該考慮選用的漿液在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的注漿壓力下所能擴(kuò)散的最大的范圍，并且漿

5、液的擴(kuò)散還具有各向同性的特點(diǎn)。前期經(jīng)過(guò)實(shí)際工程的數(shù)據(jù)試算，尺寸是能夠滿足試驗(yàn)要求的。所述注漿系統(tǒng)包括注漿泵，空壓機(jī)，注漿管，攪拌桶，攪拌機(jī)等組成。所述注漿泵采用 QBK-215多用途氣動(dòng)隔膜泵，適用氣源為壓縮空氣，適用氣壓為2-7kg/cm2，泵進(jìn)口直徑為25mm泵出口直徑為25mm所述空壓機(jī)采用Y112M-2型號(hào)的三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為 W-0.6/8，功率為4K0電 壓為380V,最大壓力為0.8Mpa(115Psi)。所述攪拌機(jī)和攪拌桶是配套設(shè)備。所述攪拌桶容量為200L，以滿足試驗(yàn)注漿量的需求為準(zhǔn)。所述注漿管采用半徑為1cm的塑料管，所述注漿試驗(yàn)為球形注漿，出漿處為塑料管 口。所述傳感

6、器系統(tǒng)包括滲壓計(jì)，數(shù)據(jù)傳輸線。所述滲壓計(jì)采用振弦式滲壓計(jì)，型號(hào)為XHX-7XX量程為0.4MPa,靈敏度_0.05%f *s， 直徑為32mm長(zhǎng)度為16cn。所述數(shù)據(jù)傳輸線具有卓越的防水性能、耐腐蝕性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。所述量測(cè)系統(tǒng)包括應(yīng)變儀，調(diào)壓閥，粘度計(jì)，量尺，壓力表等。所述應(yīng)變儀采用力&應(yīng)變綜合參數(shù)測(cè)試儀，型號(hào)為 XL2118A測(cè)量范圍為0出999冷， 分辨率為 仁1 ；,平衡方式為自動(dòng)掃描平衡，接橋方式為全橋，半橋， 1/4橋（公共補(bǔ)償）， 顯示窗口為8窗口，掃描速度為16點(diǎn)/秒，工作模式可采用本機(jī)自控/計(jì)算機(jī)監(jiān)控/計(jì)算 機(jī)外控。所述調(diào)壓閥采用SMC高精密調(diào)壓閥IR2000-02BG,調(diào)壓范

7、圍為0-0.4MPa。所述粘度計(jì)采用NXS-11B型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì),適用于測(cè)量各種流體的流變特性及粘度。 一種利用本試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯繚B透注漿機(jī)理的方法，包括以下步驟：（1）試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：按照需要選取試驗(yàn)變量、試驗(yàn)次數(shù)及試驗(yàn)方案。試驗(yàn)方案可選正交試驗(yàn)和均勻試驗(yàn)。試驗(yàn)變量可選注漿壓力、滲透系數(shù)、水灰比（漿液粘度）、注漿時(shí)間等。（2）依據(jù)試驗(yàn)方案配合好所需要的砂子（土），充分均勻混合并測(cè)量其滲透系數(shù)、 密度、比重等參數(shù)。（3） 將配合好的砂子（土）分批次填入模型中，并在相應(yīng)高度 的砂（土）層平面上 按照計(jì)劃的尺寸填埋滲壓計(jì)及注漿管，填埋好砂（土）層后靜置一段時(shí)間。（4）對(duì)砂（土）層進(jìn)行飽水，并靜置一小段時(shí)間

8、。（5）在攪拌桶中配置與填入砂子（土）所對(duì)應(yīng)水灰比的水泥漿液，并充分?jǐn)嚢?，?注漿泵的進(jìn)漿管插入漿液中。（6）將進(jìn)漿管、出漿管與注漿泵連接起來(lái)，然后將注漿泵與空壓機(jī)連接起來(lái)，最后 將滲壓計(jì)與應(yīng)變儀連接。（7）啟動(dòng)空壓機(jī)，慢慢調(diào)節(jié)調(diào)壓閥，使壓力達(dá)到預(yù)定讀數(shù)，保持此壓力進(jìn)行注漿， 同時(shí)秒表計(jì)時(shí)，按照試驗(yàn)需要控制注漿時(shí)間。（8）在注漿的同時(shí)，記錄應(yīng)變儀的數(shù)據(jù)變化情況。（9）注漿結(jié)束后，清理儀器并處理數(shù)據(jù)。（10）一段時(shí)間后，將砂（土）層挖開(kāi)，測(cè)量結(jié)石體的擴(kuò)散半徑。（11）清理模型，繼續(xù)下一組試驗(yàn)直至所選方案的試驗(yàn)全部做完。（12）數(shù)據(jù)分析：采用多元線性回歸分析擴(kuò)散半徑與注漿壓力、砂（土）層參數(shù)、 漿

9、液參數(shù)或注漿時(shí)間之間的關(guān)系，以及沿程漿液壓力與注漿壓力、砂（土）層參數(shù)、漿 液參數(shù)、距注漿點(diǎn)的距離或注漿時(shí)間之間的關(guān)系。本發(fā)明的有益效果在于：1、本發(fā)明滲透注漿試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)巧妙，由多個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)組成，能夠循環(huán)利用，操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低。2、本發(fā)明滲透注漿機(jī)理研究方法與傳統(tǒng)方法比較，增加了對(duì)飽水砂（土）層滲透注 漿的有效模擬；能夠有效測(cè)量沿程液壓并定量研究其規(guī)律；可按照需要改變幾乎所有影 響滲透注漿效果的參數(shù)；流程簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)可靠，能廣泛應(yīng)用于各類滲透注漿理論研究。 附圖說(shuō)明圖 1 為本發(fā)明滲透注漿試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭D；圖 2 為滲透注漿試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮囼?yàn)箱的立面圖；圖 3 為本發(fā)明滲透注漿機(jī)理研究方法中

10、滲壓計(jì)埋設(shè)正視圖；圖 4 為本發(fā)明滲透注漿機(jī)理研究方法中滲壓計(jì)埋設(shè)俯視圖；圖 5 為本發(fā)明滲透注漿機(jī)理研究方法中一次試驗(yàn)的流程圖。具體實(shí)施方式下面通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但不限于此。實(shí)施例 1：如圖 1 所示，本實(shí)施例提供一種可重復(fù)利用的飽水砂（土）層滲透注漿試驗(yàn)?zāi)Ｐ停?包括試驗(yàn)主體系統(tǒng)，注漿系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)四部分。試驗(yàn)主體系統(tǒng)是由鋼化玻璃板、結(jié)構(gòu)架、底座三部分組成的試驗(yàn)箱，如圖 2 所示。 試驗(yàn)箱的外觀尺寸長(zhǎng)x寬x高為 160cmK 160cmK 160cn。鋼化玻璃板共前、后、左、右、 上、下六塊，尺寸長(zhǎng)x寬為150cmX 150cm。前面玻璃板中部預(yù)留1個(gè)半徑

11、為2mm的圓孔, 用來(lái)插入注漿管；后面玻璃板預(yù)留 5個(gè)半徑為2mm的集線孔，用來(lái)將滲壓計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸 線連到應(yīng)變儀上；左、右面玻璃板預(yù)留 4個(gè)半徑為2mm的排水孔，用于在注漿過(guò)程中將 水自由排出。結(jié)構(gòu)架及底座采用 Q345B鋼板組成，在四周的棱上，均用鋼板焊接或者用 螺栓連接，并且在前后左右四個(gè)面上均用鋼板肋加固，增強(qiáng)試驗(yàn)箱的承壓能力。頂面的 鋼化玻璃板和鋼板是可拆卸的，用來(lái)填料和卸料。注漿系統(tǒng)包括注漿泵，空壓機(jī)，注漿管，攪拌桶，攪拌機(jī)等組成。注漿泵進(jìn)口直徑 及出口直徑均為25mm空壓機(jī)最大壓力為0.8Mpa（115Psi），攪拌桶容量為200L。注漿管 采用半徑為1cm的塑料管，從管口注漿。傳

12、感器系統(tǒng)包括滲壓計(jì)，數(shù)據(jù)傳輸線。滲壓計(jì)采用量程為0.4MPa的振弦式滲壓計(jì)，分別在上、下、前、后、左五個(gè)方向上埋設(shè)，每個(gè)方向上滲壓計(jì)的間距均為10cm如圖3 和圖 4 所示。量測(cè)系統(tǒng)包括應(yīng)變儀，調(diào)壓閥，粘度計(jì)，量尺，壓力表等。應(yīng)變儀采用力&應(yīng)變綜合參數(shù)測(cè)試儀，測(cè)量范圍為0一1999 .1 ；。調(diào)壓閥調(diào)壓范圍為0-0.4MPa。粘度計(jì)采用NXS-11B 型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)。實(shí)施例2：一種利用實(shí)施例1所述的可重復(fù)利用的飽水砂（土）層滲透注漿試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行滲透 注漿機(jī)理研究的方法，包括以下步驟：（1） 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：試驗(yàn)方案選擇均勻試驗(yàn)，按照U6*（64）設(shè)計(jì)表安排為3因素6 水平均勻試驗(yàn)。3因素分別為注漿

13、壓力、水灰比及滲透系數(shù)。（2）依據(jù)試驗(yàn)方案配合好所需要的砂子，充分均勻混合并測(cè)量其滲透系數(shù)、密度、 比重等參數(shù)。（3） 將配合好的砂子分批次填入模型中，并在相應(yīng)高度的砂層平面上按照?qǐng)D3及圖4所示填埋滲壓計(jì)及注漿管，填埋好砂層后靜置24小時(shí)。（4）對(duì)砂層進(jìn)行飽水，并靜置2小時(shí)。（5）在攪拌桶中配置與填入砂子所對(duì)應(yīng)水灰比的水泥漿液，并充分?jǐn)嚢瑁瑢⒆{泵 的進(jìn)漿管插入漿液中。（6）將進(jìn)漿管、出漿管與注漿泵連接起來(lái)，然后將注漿泵與空壓機(jī)連接起來(lái)，最后 將滲壓計(jì)與應(yīng)變儀連接。（7）啟動(dòng)空壓機(jī)，慢慢調(diào)節(jié)調(diào)壓閥，使壓力達(dá)到預(yù)定讀數(shù)，保持此壓力進(jìn)行注漿， 同時(shí)秒表計(jì)時(shí)，注漿時(shí)間控制在 200秒。（8）在注漿的

14、同時(shí)，記錄應(yīng)變儀的數(shù)據(jù)變化情況。（9）注漿結(jié)束后，清理儀器并處理數(shù)據(jù)。（10）24小時(shí)后，將砂層挖開(kāi)，測(cè)量結(jié)石體的擴(kuò)散半徑。（11）清理模型，繼續(xù)下一組試驗(yàn)直至所選方案的試驗(yàn)全部做完。（12）數(shù)據(jù)分析：采用多元線性回歸分析擴(kuò)散半徑與注漿壓力、砂層滲透系數(shù)、漿 液水灰比之間的關(guān)系，以及沿程漿液壓力與注漿壓力、砂層滲透系數(shù)、漿液水灰比、距 注漿點(diǎn)的距離之間的關(guān)系。13說(shuō)明書附圖模擬地層應(yīng)變儀攪拌桶空壓機(jī)注漿泵圖1圖2OQ逡壓計(jì)注漿孔O 口 O 口OO注漿管二壓計(jì)U 口口口配合砂樣填入砂樣靜置24小時(shí)飽水并靜置2小時(shí)連接儀器調(diào)節(jié)壓力控制時(shí)間記錄數(shù)據(jù)清理儀器處理數(shù)據(jù)靜置24小時(shí)挖出結(jié)石體測(cè)量擴(kuò)散半徑清

15、理儀器權(quán)利要求書1. 一種可重復(fù)利用的飽水砂（土）層滲透注漿試驗(yàn)?zāi)Ｐ停涮卣髟谟?，包括試?yàn)主 體系統(tǒng)，注漿系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)四部分。2. 如權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)主體系統(tǒng)，其特征在于，由鋼化玻璃板、結(jié)構(gòu)架、底座三部分組成試驗(yàn)箱。所述試驗(yàn)箱外觀尺寸長(zhǎng)x寬x高為160cmK 160cmK 160cm。3. 如權(quán)利要求2所述的鋼化玻璃板，其特征在于，共前、后、左、右、上、下六塊， 尺寸長(zhǎng)x寬為150cmX 150cm所述前面玻璃板中部預(yù)留1個(gè)半徑為2mm的圓孔，用來(lái)插 入注漿管；所述后面玻璃板預(yù)留 5個(gè)半徑為2mm的集線孔，用來(lái)將滲壓計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸線 連到讀數(shù)儀上；所述左、右面玻璃板預(yù)留 4個(gè)半

16、徑為2mm的排水孔，用于在注漿過(guò)程中 將水自由排出。4. 如權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)架及底座，其特征在于，采用鋼板組成，在四周的棱上， 均用鋼板焊接或者用螺栓連接，并且在前后左右四個(gè)面上均用鋼板肋加固。5. 如權(quán)利要求1所述的注漿系統(tǒng)，其特征在于，由注漿泵，空壓機(jī)，注漿管，攪拌 桶，攪拌機(jī)等組成。所述注漿泵通過(guò)直徑 8mm的塑料管與空壓機(jī)相連，進(jìn)出口分別與攪 拌桶和注漿管相連。6. 如權(quán)利要求1所述的傳感器系統(tǒng)，其特征在于，包括滲壓計(jì)和數(shù)據(jù)傳輸線。所述 滲壓計(jì)采用量程為0.4MPa的振弦式滲壓計(jì)，分別在上、下、前、后、左五個(gè)方向上埋設(shè)， 每個(gè)方向上滲壓計(jì)的間距均為 10cm。7. 如權(quán)利要求1所述

17、的量測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括應(yīng)變儀，調(diào)壓閥。所述應(yīng)變儀采用力&應(yīng)變綜合參數(shù)測(cè)試儀，測(cè)量范圍為0一19；。所述調(diào)壓閥調(diào)壓范圍為0-0.4MPa。8. 一種利用權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的可重復(fù)利用的飽水砂（土）層滲透注漿試 驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行滲透注漿機(jī)理研究的方法，包括以下步驟：（1）試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：按照需要選取試驗(yàn)變量、試驗(yàn)次數(shù)及試驗(yàn)方案。試驗(yàn)方案可選正交試驗(yàn)和均勻試驗(yàn)。試驗(yàn)變量可選注漿壓力、滲透系數(shù)、水灰比（漿液粘度）、注漿時(shí)間等。（2）依據(jù)試驗(yàn)方案配合好所需要的砂子（土），充分均勻混合并測(cè)量其滲透系數(shù)、 密度、比重等參數(shù)。3）將配合好的砂子（土）分批次填入模型中，并在相應(yīng)高度的砂（土）層平面上按照?qǐng)D

18、3及圖 4 所示填埋滲壓計(jì)及注漿管，填埋好砂（土）層后靜置一段時(shí)間。（4）對(duì)砂（土）層進(jìn)行飽水，并靜置一小段時(shí)間小時(shí)。（5）在攪拌桶中配置與填入砂子（土）所對(duì)應(yīng)水灰比的水泥漿液，并充分?jǐn)嚢?，?注漿泵的進(jìn)漿管插入漿液中。（6）將進(jìn)漿管、出漿管與注漿泵連接起來(lái)，然后將注漿泵與空壓機(jī)連接起來(lái)，最后 將滲壓計(jì)與應(yīng)變儀連接。（7）啟動(dòng)空壓機(jī)，慢慢調(diào)節(jié)調(diào)壓閥，使壓力達(dá)到預(yù)定讀數(shù)，保持此壓力進(jìn)行注漿， 同時(shí)秒表計(jì)時(shí)，按照試驗(yàn)需要控制注漿時(shí)間。（8）在注漿的同時(shí)，記錄應(yīng)變儀的數(shù)據(jù)變化情況。（9）注漿結(jié)束后，清理儀器并處理數(shù)據(jù)。（10）一段時(shí)間后，將砂（土）層挖開(kāi)，測(cè)量結(jié)石體的擴(kuò)散半徑。（11）清理模型，繼續(xù)下一組試驗(yàn)直至所選方案的試驗(yàn)全部做完。說(shuō)明書摘要本發(fā)明涉及一種可重復(fù)利用的飽水砂（土）層滲透注漿試驗(yàn)?zāi)Ｐ图皾B透注漿機(jī)理研 究方法，該試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>