一种模块化袖阀管注浆模拟试验系统及方法

1.本发明涉及一种注浆试验系统及方法，尤其是一种模块化袖阀管注浆模拟试验系统及方法，属于浆液扩散研究技术领域。


背景技术：

2.注浆是使用注浆管将注浆材料在一定压力下注入被注介质的过程，在此过程中注浆材料通过驱替、充填和挤压的方式改善被注介质的物理力学性质。目前，常用的注浆方法包括花管注浆、袖阀管注浆、高压旋喷注浆和高压喷射注浆等，其中，袖阀管注浆法可以实现定域、定量且多次重复注浆，并且串浆、冒浆概率较小，是国内外公认的最可靠注浆工艺之一，被广泛应用于隧道防渗加固、不良地层处理、地基加固和楼房、桥梁、管线等建(构)筑物的沉降纠偏等工程。但目前对于袖阀管注浆工艺在不同流速、不同地应力条件下浆液的渗流扩散规律研究并不完善，难以为注浆效果的评价提供可靠依据。综上，亟需建立一套完整有效的袖阀管注浆模拟试验系统，以完善袖阀管注浆渗流扩散规律的研究，为工程注浆提供可靠依据。


技术实现要素：

3.为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种模块化袖阀管注浆模拟试验系统及方法，旨在模拟不同流速、不同地应力条件下袖阀管注浆渗流扩散过程，以研究扩散规律，为工程注浆提供可靠依据。
4.为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
5.一种模块化袖阀管注浆模拟试验系统，包括注浆箱体、注浆机构、渗流模拟机构、废水收集机构、监测机构和加压机构，所述注浆箱体内部填充被注介质，注浆箱体侧壁相对位置开设进水孔和出水孔，所述注浆机构包括注浆设备以及通过输送管线连接并从注浆箱体顶部竖向插入被注介质的多根注浆管，所述注浆管包括袖阀管外管、插装在所述袖阀管外管内的注浆芯管以及安装在所述注浆芯管下端的注浆枪头，注浆芯管由两根管道组成，所述注浆枪头包括a液管、b液管和连通固定在二者底部的双液混合腔，所述a液管和所述b液管分别与注浆芯管的所述两根管道连接，a液管和b液管分别设有止回阀，所述双液混合腔内设置螺旋混合叶片，双液混合腔底部连通设置带有溢浆孔的枪头管壁，所述枪头管壁上下两端分别设置有止浆塞，所述渗流模拟机构包括调压注水泵和连通固定在其出水端的输水管，所述输水管末端与所述进水孔连接，所述废水收集机构包括废液箱和与其对应的排水管，所述排水管设置控制阀并与所述出水孔连接，所述监测机构包括安装在注浆管上端的压力计和流量计，以及埋设在被注介质不同层面的土压传感器和水压和流速传感器，所述加压机构包括固定在注浆箱体顶部的反力架以及固定在所述反力架下方对注浆箱体顶部施加压力的千斤顶。
6.一种模块化袖阀管注浆模拟试验方法，包括以下步骤：
7.步骤1：根据试验需求预估注浆箱体的容积，选择合适数量的拼接板竖向拼装成左
侧板、右侧板和前后两个端面板并围合成箱体侧壁，与底座和顶盖整体通过固定螺栓固定成注浆箱体，连接缝位置用密封胶进行密封；
8.步骤2：选取目标地层相同类型土体作为被注介质，填入注浆箱体内还原现场地层情况，填充过程在中根据需求在不同层面埋设土压传感器与水压和流速传感器，同时预埋袖阀管外管，形成被注介质模型；
9.步骤3：将反力架与千斤顶安装至顶盖上，给千斤顶安供油实现压力加载模拟地层压力，渗流模拟机构和废水收集机构分别与进水孔和出水孔连接，打开调压注水泵并调节好渗流流速模拟渗流环境，将注浆芯管插入袖阀管外管，安装好压力计和流量计并与双液注浆泵进行连接，静置至系统达到稳定；
10.步骤4：将配置完成的浆液放入浆液室并开启双液注浆泵，结合监测机构调整好注浆压力进行注浆，可使用不同浆液通过注浆枪头注入土体达到双液注浆需求；
11.步骤5：直至浆液从废水收集机构流出稳定后注浆结束，关闭监测机构，静置至浆液达到终凝，将注浆箱体拆开对被注介质进行开挖，评价注浆效果与浆液扩散形貌；
12.步骤6：变化试验参数并重复步骤，通过改变浆液配置、注浆压力和渗流流速，研究不同浆液、注浆压力和渗流速度对浆液扩散的影响规律。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构简单，便于操作，能够模拟不同流速、不同地应力条件下袖阀管注浆渗流扩散过程，以研究扩散规律，注浆箱体的箱体侧壁可拆卸为多个拼接板，方便移动，并且可根据使用需求进行拼装以改变容积大小，注浆机构的注浆枪头设有双液混合腔，内置螺旋混合叶片是浆液混合更为均匀。
附图说明
14.图1是本发明的模块化袖阀管注浆模拟试验系统的整体结构示意图；
15.图2是本发明的注浆箱体中左侧板的结构示意图；
16.图3是本发明的注浆机构中注浆枪头的结构示意图；
17.图4是图3中注浆枪头内螺旋混合叶片的结构示意图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.如图1～图4所示，一种模块化袖阀管注浆模拟试验系统，包括注浆箱体、注浆机构、渗流模拟机构、废水收集机构、监测机构和加压机构。
20.参照图1所示，所述注浆箱体包括底座1、顶盖2以及通过固定螺栓6固定在二者之间的由左侧板3、右侧板4和前后两个端面板5围合成的箱体侧壁，连接缝位置用密封胶进行密封使注浆箱体保持密闭，用于填充被注介质，其中，左侧板3、右侧板4和前后两个端面板5可根据需求分别利用多个拼接板竖向拼装组成，以改变注浆箱体的容积。
21.参照图1～图2所示，所述左侧板3和所述右侧板4内表面两端分别竖向凹设有卡槽10，所述前后两个端面板5分别紧密插装在左侧板3和右侧板4对应的所述卡槽10之间，左侧
板3和右侧板4两端位于卡槽10外侧分别设有穿孔9，通过两根对拉螺杆7穿过所述穿孔9并配合旋接在其两端的紧固螺母8将左侧板3和右侧板4拉紧固定，左侧板3中间位置开设进水孔27，右侧板4中间位置开设出水孔30。
22.参照图1所示，所述注浆机构包括注浆设备以及通过输送管线16连接并从顶盖2预设的注浆孔竖向插入注浆箱体中被注介质内的多根注浆管，所述注浆设备包括用于存放浆液的浆液室14和用于浆液输送的双液注浆泵15，所述输送管线16具有一根主输入管和多根分支输出管，所述主输入管与所述双液注浆泵15的输出端连通固定，所述注浆管包括袖阀管外管11、插装在所述袖阀管外管11内的注浆芯管12以及安装在所述注浆芯管12下端的注浆枪头13，注浆芯管12由两根管道组成，袖阀管外管11管壁沿轴向间隔设置多个排浆口，注浆芯管12上端与输送管线16对应的所述分支输出管连通固定。
23.参照图3～图4所示，所述注浆枪头13为双浆液注浆枪头，包括a液管17、b液管18和连通固定在二者底部的双液混合腔20，所述a液管17和所述b液管18分别与注浆芯管12的所述两根管道连接，a液管17和b液管18邻近双液混合腔20位置分别设有止回阀19防止浆液回流，所述双液混合腔20内设置螺旋混合叶片24使混合更均匀，双液混合腔20底部连通设置带有溢浆孔21的枪头管壁22，所述枪头管壁22上下两端分别设置有止浆塞23限制浆液在两个所述止浆塞23之间的注浆段聚集起增压作用。
24.参照图1所示，所述渗流模拟机构包括调压注水泵25和连通固定在其出水端的输水管26，所述输水管26末端设有与土压传感器34与水压和流速传感器35组数对应的分叉管并经对应位置的所述进水孔27为被注介质相应层面进行渗流供给，通过所述调压注水泵25的压力调节模拟不同流速渗流。
25.参照图1所示，所述废水收集机构包括废液箱28和将所述废液箱28与所述出水孔30连接的排水管，所述排水管设置控制阀29，出水孔30内侧固定有滤网31防止排水中细颗粒砂土流失。
26.参照图1所示，所述监测机构包括安装在注浆管上端的压力计32和流量计33，分别用于检测注浆时浆液的压力与流速，还包括埋设在注浆箱体中被注介质不同层面的土压传感器34与水压和流速传感器35从而将数据采集传送给电脑终端，土压传感器34与水压和流速传感器35至少分为两组埋设在被注介质不同高度位置。
27.参照图1所示，所述加压机构包括固定在顶盖2上的反力架36以及固定在所述反力架36下方对顶盖2施加压力的千斤顶37。
28.一种模块化袖阀管注浆模拟试验方法，包括以下步骤：
29.步骤1：首先根据试验需求预估注浆箱体的容积，选择合适数量的拼接板竖向拼装成左侧板3、右侧板4和前后两个端面板5并围合成箱体侧壁，与底座1和顶盖2整体通过固定螺栓6固定成注浆箱体，在一实施例中注浆箱体长2m、宽1m、高1m，连接缝位置用密封胶进行密封；
30.步骤2：选取目标地层相同类型土体作为被注介质，填入注浆箱体内还原现场地层情况，填充过程在中根据需求在不同层面埋设土压传感器34与水压和流速传感器35，同时预埋袖阀管外管11，形成被注介质模型；
31.步骤3：将反力架36与千斤顶37安装至顶盖2上，给千斤顶37安供油实现压力加载模拟地层压力，在一实施例中加载压力0.2mpa，渗流模拟机构和废水收集机构分别与进水
孔27和出水孔30连接，打开调压注水泵25并调节好渗流流速模拟渗流环境，将注浆芯管12插入袖阀管外管11，安装好压力计32和流量计33并与双液注浆泵15进行连接，静置一段时间直至系统达到稳定；
32.步骤4：将配置完成的浆液放入浆液室14并开启双液注浆泵15，结合监测机构调整好注浆压力进行注浆，可使用不同浆液通过注浆枪头13注入土体达到双液注浆需求；
33.步骤5：直至浆液从废水收集机构流出稳定后注浆结束，关闭监测机构，静置一段时间直至浆液达到终凝，将注浆箱体拆开对被注介质进行开挖，评价注浆效果与浆液扩散形貌；
34.步骤6：变化试验参数并重复步骤1-5，通过改变浆液配置、注浆压力和渗流流速，研究不同浆液、注浆压力和渗流速度对浆液扩散的影响规律。
35.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
36.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。