CN112858132B - 一种注浆加固与土工反滤试验装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种注浆加固与土工反滤试验装置及工作方法，包括一端敞口设置的输入舱室，输入舱室的敞口端连接有试验模块总成，试验模块总成由多个试验箱拼接构成，包括首端试验箱、末端试验箱及位于首端试验箱和末端试验箱之间的多个中间试验箱，试验箱两端设有多孔板，首端试验箱靠近输入舱室的端部设有搅拌机构，末端试验箱远离输入舱室的端部利用封板进行密封，封板连接有回收计量机构，采用本发明的装置能够进行多种类型的试验。

Description

一种注浆加固与土工反滤试验装置及工作方法

技术领域

本发明涉及试验设备技术领域，具体涉及一种注浆加固与土工反滤试验装置及工作方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

随着基础设施建设的深入开展，隧道工程、水利工程、基坑工程等日益增多，面临的地质条件也日趋复杂。如，软弱砂土层因其结构松散破碎、自承载能力差、富水性强，成为了常遇的不良地质问题，严重影响了隧道工程的建设和运营；水利工程中合理的反滤层即要求反滤料必须具有足够小的孔隙、以防止土粒通过孔隙被冲走，又要求反滤料具备足够大的孔隙、顺畅的排出渗透水流，以保护土层，因此对反滤材料物性提出了苛刻要求。

注浆法作为一种比较成熟的技术手段，在各领域得到了广泛的应用和发展。采用注浆法治理软弱砂土层的核心问题是浆液的有效扩散和加固，由于孔隙介质渗透系数一般较小，对注浆材料和工艺技术均提出了较高的要求。基于工程对反滤材料保土性和透水性的双重要求，反滤材料性能测试及应用成为了水利工程、基坑工程中的一项技术难题。

目前，国内外学者研制了一系列的试验装置，一定程度上推动了多孔介质注浆理论和土工反滤材料的发展，对工程实践提供了指导。

但是发明人发现，目前已有的专利成果，存在以下不足之处：

1.试验装置功能单一，仅能进行某一种类型试验或单一材料试验，且反滤材料性能测试方面的试验装置鲜有报道。

2.装置的可调性较差，试验范围受限。

3.仅采用压力传感器对注浆过程进行监控，且安装在浆液桶中的压力传感器并无实际的利用价值。

4.装置监测的关键数据精度较低。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种注浆加固与土工反滤试验装置，同一套装置能够进行注浆加固和土工反滤试验，试验尺度灵活，监测数据多元且精度高。

为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种注浆加固与土工反滤试验装置，包括一端敞口设置的输入舱室，所述输入舱室的敞口端连接有试验模块总成，试验模块总成由多个试验箱拼接构成，包括首端试验箱、末端试验箱及位于首端试验箱和末端试验箱之间的多个中间试验箱，试验箱两端设有多孔板，首端试验箱靠近输入舱室的端部设有搅拌机构，末端试验箱远离输入舱室的端部利用封板进行密封，封板连接有回收计量机构。

进一步的，所述输入舱室的一端敞口设置，另一端设置有输入管道。

进一步的，所述输入管道上安装有单向截止阀、泄压阀及电子流量计。

进一步的，所述搅拌机构包括固定杆，所述固定杆固定在首端试验箱靠近输入舱室端部的多孔板上，固定杆外周套有空心管，空心管内径大于固定杆直径，空心管的外周面设置有螺旋叶片组。

进一步的，所述螺旋叶片组包括多个第一螺旋叶片及第二螺旋叶片，第一螺旋叶片和第二螺旋叶片旋向相反，第一螺旋叶片和第二螺旋叶片交替设置在空心管上。

进一步的，所述试验箱内部安装有渗压监测件，渗压监测件与控制系统连接，能够将采集到的压力信息传输给控制系统。

进一步的，所述输入舱室的敞口端和试验箱的两端设置有固定翼板，输入舱室通过固定翼板与首端试验箱固定连接，相邻试验箱通过固定翼板固定连接。

进一步的，所述试验箱的两端设有安装槽，多孔板的边缘能够置入所述安装槽中。

进一步的，所述回收计量机构包括回收管，所述回收管与封板连接，所述回收管一端与末端试验箱内部空间连通，另一端与回收桶连通，回收桶放置在计量元件上。

第二方面，本发明提供了一种注浆加固与土工反滤试验装置的工作方法，包括以下步骤：

将填充有被注介质的试验箱两端安装多孔板，并称量试验箱的重量，将安装好多孔板的试验箱依次固定构成试验模块总成，将输入舱室与试验模块总成的首端试验箱固定；

在输入舱室中注入浆液，浆液利用搅拌机构搅拌后，通过多孔板流经各个试验箱，最终流入计量回收机构；

将试验模块总成拆分，依次称量各个试验箱的重量，获得试验箱注浆前后的重量差值；对被注介质提取立方体芯样，待养护设定时间后进行强度试验或抗渗性试验。

第三方面，本发明提供了一种注浆加固与土工反滤试验装置的工作方法，包括以下步骤：

将填充有反滤材料的试验箱两端安装多孔板，并称量试验箱的重量，将安装好多孔板的试验箱依次固定构成试验模块总成，将输入舱室与试验模块总成的首端试验箱固定；

在输入舱室中注入纯净水，纯净水利用搅拌机构搅拌后，通过多孔板流经各个试验箱，最终流入计量回收机构；

将试验模块总成拆分，依次称量各个试验箱的重量，获得试验箱通入纯净水前后的重量差值，计算颗粒流失量。

本发明的有益效果：

1.本发明的试验装置，通过设置输入舱室、试验箱及多孔板，能够进行多种类型的不同试验，不仅能够进行注浆加固试验，而且能够进行土工反滤试验，此外，还能够进行加固体抗渗性试验，功能广泛。

2.本发明的试验装置，试验箱能够可拆卸固定，可根据试验要求增减尺寸，试验尺度非常灵活。

3.本发明的试验装置，每个试验箱内均设置有渗压监测件，且试验过程中称量每个试验箱的前后重量，关键数据精度较高。

4.本发明的试验装置，具有搅拌机构，搅拌机构能够在浆液或纯净水的作用下做个从动的转动，能够改善单浆液的离析性，也可提升双浆液的混合效果，还能够提升纯净水的过流面积。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1整体结构示意图；

图2为本发明实施例1首端试验箱与多孔板装配侧视图；

图3为本发明实施例1试验箱与多孔板装配剖视图；

图4为本发明实施例1试验箱与多孔板装配俯视图；

图5为本发明实施例1多孔板结构示意图；

图6为本发明实施例1搅拌机构示意图；

其中，1.输入舱室，2.输入管道，3.单向截止阀，4.泄压阀，5.电子流量计，6.固定翼板，7.试验箱，8.多孔板，9.螺栓，10.封板，11.固定杆，12.空心管，13.螺旋叶片组，14.插销，15.回收管，16.回收桶，17.电子计量平台，18.渗压传感器，19.固定孔。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，试验装置功能单一，不能够进行反滤材料性能测试，针对上述问题，本申请提出了一种注浆加固与土工反滤试验装置。

本申请的一种典型实施方式中，如图1-图6所示，一种注浆加固与土工反滤试验装置，包括输入舱室1，所述输入舱室一端敞口设置，另一端通过管箍与输入管道2连接，输入管道与输入舱室内部空间相连通，能够向输入舱室内注入浆液或纯净水。

优选的，所述输入管道上安装有单向截止阀3、泄压阀4和电子流量计5，所述电子流量计与控制系统连接，能够将采集得到的输入管道内浆液或纯净水的流量信息传输给控制系统。

所述输入舱室的敞口端端部的外侧面设置有固定翼板6，输入舱室能够通过固定翼板及高强度螺栓与试验模块总成可拆卸固定连接。

可以理解的是，可设置多套输入舱室及试验模块总成，本领域技术人员可根据实际需要进行设置。

本实施例中，设置两套输入舱室和试验模块总成，输入舱室所连接的输入管道通过三通与输入总管连接。

所述试验模块总成由试验箱7依次固定而成，包括首端试验箱、末端试验箱及设置在首端试验箱和末端试验箱之间的多个中间试验箱，本领域技术人员可根据实际需要设置中间试验箱的数量，优选的，所述试验箱采用Q235方形钢管制成，内径为150mm，壁厚5mm，外径160mm，长度150mm。

所述试验箱的两端固定有多孔板8及固定翼板，相邻试验箱能够通过固定翼板及高强度螺栓固定连接。

优选的，所述试验箱端部的内侧面沿边缘开设有安装槽，安装槽每个边的中部位置开设有M2螺丝底孔，所述多孔板的边缘能够置入安装槽内，并通过螺栓9和M2螺丝底孔与试验箱固定连接,本实施例中，所述安装槽位于M2螺丝底孔的位置处开设有与M2螺丝底孔同轴设置的沉孔，螺栓的螺栓帽能够置入所述沉孔中，使得螺栓的螺栓帽不会突出于多孔板的端面。

优选的，所述固定翼板焊接固定在试验箱端部的外侧面，固定翼板的端部设置有固定孔19，相邻试验箱的固定翼板能够通过固定孔和螺栓固定连接。

相邻试验箱能够通过固定翼板和高强度螺栓固定连接，首端试验箱能够通过固定翼板和高强度螺栓与输入舱室固定连接。

本实施例中，所述多孔板的的圆孔直径根据被注介质平均粒径进行确定，优选的，所述多孔板的厚度为2mm。

所述首端试验箱靠近输入舱室一端的多孔板中心部位设置有搅拌机构，所述搅拌机构包括固定杆11，所述固定杆焊接固定在多孔板的中心部位，优选的，所述固定杆外径为2mm，长度为70mm，其一端与多孔板焊接固定，另一端设置有1mm的限位孔，所述限位孔中插入有插销。

所述固定杆的外周套有空心管12，优选的，所述空心管内径为4mm，长度为50mm，所述空心管的内径大于固定杆的直径，空心管能够自由转动，并利用插销14对其进行限位，防止其从固定杆上脱落。

所述空心管的外周固定有螺旋叶片组13，所述螺旋叶片组包括多个沿空心管轴线方向交替设置的第一螺旋叶片及第二螺旋叶片，所述第一螺旋叶片和第二螺旋叶片的旋向相反，优选的，所述第一螺旋叶片和第二螺旋叶片的外径均为50mm。

在输入舱室浆液或纯净水的流动能够对第一螺旋叶片和第二螺旋叶片施加作用力，使第一螺旋叶片、第二螺旋叶片及空心管做从动的转动。

所述末端试验箱远离输入舱室的端部固定有封板10，封板设置在末端试验箱远离输入舱室端部设置的安装槽内，并通过螺栓与末端试验箱固定连接，所述封板连接有回收计量机构，所述回收计量机构包括回收管15，所述回收管一端与封板连接并且与末端试验箱的内部空间相连通，回收管的另一端与回收桶16连通，回收管内的浆料或纯净水能够流入回收桶内部，所述回收桶放置在计量元件上，优选的，所述计量元件采用现有的电子计量平台17，用于称量回收桶的重量。

所述试验箱内安装有渗压监测件，优选的，所述渗压监测件采用渗压传感器18，所述渗压传感器安装在试验箱中部位置，其传感器线缆通过试验箱侧部箱壁的密封孔接出。

实施例2：

本实施例公开了实施例1所述的注浆加固与土工反滤试验装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：在首端试验箱的内壁均匀涂抹脱模剂，一端通过M2螺丝固定多孔板于安装槽内，并用PE膜包裹多孔板的外表面，然后向首端试验箱内装填被注介质，按照《土工试验规程》的相应要求进行压实。待被注介质装填完毕后，通过M2螺丝固定多孔板于首端试验箱另一端安装槽内，并用PE膜包裹多孔板外表面。随后，称量首端试验箱质量m₀₁。最后将螺旋片组及空心管外套于多孔板的固定杆上，将插销插入固定杆端部。

步骤2：在第i个试验箱的内壁均匀涂抹脱模剂，一端通过M2螺丝固定多孔板于安装槽内，并用PE膜包裹多孔板外表面，然后向试验箱内装填被注介质，按照《土工试验规程》的相应要求进行压实。待被注介质装填完毕后，通过M2螺丝固定多孔板于另一端安装槽内，并用PE膜包裹多孔板外表面。随后，称量第i个试验箱的质量m_0i。

步骤3：在输入管道上依次安装单向截止阀、泄压阀、电子流量表，去除各试验箱端面多孔板的PE膜，将输入管道与输入舱室通过管箍相连，输入舱室与首端试验箱通过固定翼板和高强螺栓连接，首端试验箱和中间试验箱通过翼板8和高强螺栓依次连接，中间试验箱与末端试验箱相连，将末端试验箱的回收管置入回收桶内。

步骤4：单液浆或双液浆通过输入管道:进入输入舱室，凭借流体自身惯性推动螺旋片组旋转，进一步搅匀浆液，能够改善单浆液的离析性，也可提升双浆液的混合效果，浆液依次流经各试验箱，最终通过末端试验箱流入回收桶。试验过程中，可通过电子流量表4监测浆液流入总体积、渗压传感器15监测浆液扩散距离上的压力变化。

每个试验箱内均设置有渗压监测件，且试验过程中称量每个试验箱的前后重量，关键数据精度较高。

步骤5：注浆结束后，拆分试验模块总成，拆除多孔板上的螺旋叶片组，称量各试验箱的质量m_1i，获得各试验箱注浆前后的质量差值m_1i－m_0i。随后提取立方体芯样，待养护设定时间后进行强度试验或抗渗性试验。

本实施例中，如果需要多种被注介质的注浆加固试验，可设置多套输入舱室及试验模块总成，输入管路通过三通连接到各个输入舱室，可实现多种被注介质同步注浆试验。

实施例3：

本实施例公开了实施例1所述的注浆加固与土工反滤试验装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤a：在首端试验箱的内壁均匀涂抹脱模剂，一端通过M2螺丝固定多孔板于安装槽内，并用PE膜包裹多孔板的外表面，然后向首端试验箱内装填反滤材料，本步骤中，所述反滤材料采用黏土，按照《土工试验规程》的相应要求进行压实。待反滤材料装填完毕后，通过M2螺丝固定多孔板于首端试验箱另一端安装槽内，并用PE膜包裹多孔板的外表面。随后，称量首端试验箱质量m₂₁。最后将螺旋片组及空心管外套于多孔板的固定杆上，将插销插入固定杆端部。

步骤b：在第i个试验箱的内壁均匀涂抹脱模剂，一端通过M2螺丝固定多孔板于安装槽内，并用PE膜包裹多孔板的外表面，然后向试验箱内装填反滤材料，本步骤中，反滤材料依次为细砂、中砂、粗砂、砾石，按照《土工试验规程》的相应要求进行压实。待反滤材料装填完毕后，通过M2螺丝固定多孔板于另一端安装槽内，并用PE膜包裹外表面。随后，称量第i个试验箱的质量m_2i。

步骤c：在输入管道上依次安装单向截止阀、泄压阀、电子流量表，去除各试验箱端面的多孔板的PE膜，将输入管道与输入舱室通过管箍相连，输入舱室与首端试验箱通过固定翼板和高强螺栓连接，首端试验箱和中间试验箱通过翼板8和高强螺栓依次连接，中间试验箱与末端试验箱相连，将末端试验箱的回收管置入回收桶内。

步骤d：纯净水通过输入管道:进入输入舱室，凭借流体自身惯性推动螺旋片组旋转，提升纯净水过流面积，纯净水依次流经各试验箱，最终通过末端试验箱流入回收桶。试验过程中，可通过电子流量表4监测浆液流入总体积。

步骤e：试验结束后，拆分试验模块总成，拆除多孔板上的螺旋叶片组，称量各试验箱的质量m_3i，获得各试验箱注浆前后的质量差值m_3i－m_2i，计算颗粒流失质量。

本实施例中，如需进行多种组合材料的反滤试验，可同时设置多组输入舱室及试验模块总成，输入管路通过三通连接到各个输入舱室，可实现多种材料同步反滤试验。

采用本实施例的试验装置，能够进行多种类型的不同试验，不仅能够进行注浆加固试验，而且能够进行土工反滤试验，此外，还能够进行加固体抗渗性试验，功能广泛，而且试验箱能够可拆卸固定，可根据试验要求增减尺寸，试验尺度非常灵活。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种注浆加固与土工反滤试验装置，其特征在于，包括一端敞口设置的输入舱室，输入舱室的敞口端连接有试验模块总成，试验模块总成由多个试验箱拼接构成，包括首端试验箱、末端试验箱及位于首端试验箱和末端试验箱之间的多个中间试验箱，试验箱两端设有多孔板，首端试验箱靠近输入舱室的端部设有搅拌机构，末端试验箱远离输入舱室的端部利用封板进行密封，封板连接有回收计量机构；

所述搅拌机构包括固定杆，所述固定杆固定在首端试验箱靠近输入舱室端部的多孔板上，固定杆外周套有空心管，空心管内径大于固定杆直径，空心管的外周面设置有螺旋叶片组；

所述螺旋叶片组包括多个第一螺旋叶片及第二螺旋叶片，第一螺旋叶片和第二螺旋叶片旋向相反，第一螺旋叶片和第二螺旋叶片交替设置在空心管上；

螺旋叶片组包括多个沿空心管轴线方向交替设置的第一螺旋叶片及第二螺旋叶片；

在输入舱室浆液或纯净水的流动能够对第一螺旋叶片和第二螺旋叶片施加作用力，使第一螺旋叶片、第二螺旋叶片及空心管做从动的转动。

2.如权利要求1所述的一种注浆加固与土工反滤试验装置，其特征在于，所述输入舱室的一端敞口设置，另一端设置有输入管道。

3.如权利要求2所述的一种注浆加固与土工反滤试验装置，其特征在于，所述输入管道上安装有单向截止阀、泄压阀及电子流量计。

4.如权利要求1所述的一种注浆加固与土工反滤试验装置，其特征在于，所述试验箱内部安装有渗压监测件，渗压监测件与控制系统连接，能够将采集到的压力信息传输给控制系统。

5.如权利要求1所述的一种注浆加固与土工反滤试验装置，其特征在于，所述输入舱室的敞口端和试验箱的两端设置有固定翼板，输入舱室通过固定翼板与首端试验箱固定连接，相邻试验箱通过固定翼板固定连接。

6.如权利要求1所述的一种注浆加固与土工反滤试验装置，其特征在于，所述试验箱的两端设有安装槽，多孔板的边缘能够置入所述安装槽中。

7.如权利要求1所述的一种注浆加固与土工反滤试验装置，其特征在于，所述回收计量机构包括回收管，所述回收管与封板连接，所述回收管一端与末端试验箱内部空间连通，另一端与回收桶连通，回收桶放置在计量元件上。

8.一种权利要求1-7任一项所述的注浆加固与土工反滤试验装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

将填充有被注介质的试验箱两端安装多孔板，并称量试验箱的重量，将安装好多孔板的试验箱依次固定构成试验模块总成，将输入舱室与试验模块总成的首端试验箱固定；

在输入舱室中注入浆液，浆液利用搅拌机构搅拌后，通过多孔板流经各个试验箱，最终流入计量回收机构；

将试验模块总成拆分，依次称量各个试验箱的重量，获得试验箱注浆前后的重量差值；对被注介质提取立方体芯样，待养护设定时间后进行强度试验或抗渗性试验。

9.一种权利要求1-7任一项所述的注浆加固与土工反滤试验装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

将填充有反滤材料的试验箱两端安装多孔板，并称量试验箱的重量，将安装好多孔板的试验箱依次固定构成试验模块总成，将输入舱室与试验模块总成的首端试验箱固定；

在输入舱室中注入纯净水，纯净水利用搅拌机构搅拌后，通过多孔板流经各个试验箱，最终流入计量回收机构；

将试验模块总成拆分，依次称量各个试验箱的重量，获得试验箱通入纯净水前后的重量差值，计算颗粒流失量。