一種測試水下巖溶注漿材料抗分散性質的裝置及其使用方法與流程

本發明涉及巖土工程專業室內注漿試驗領域，特別是涉及一種測試水下巖溶注漿材料抗分散性質的裝置及其使用方法。

背景技術：

盾構隧道穿越巖溶地層時，經常面臨掌子面失穩、盾構下沉及局部液化等工程事故，而壓力注漿是工程實踐中廣泛采用的巖溶處理手段。在動水巖溶治理工程中，傳統水泥單液漿穩定性差，巖溶水下易于沖蝕，難于達到加固防滲要求，注漿漿液是否具有良好的巖溶水下抗分散性質與留存體物理力學性能是巖溶區水下盾構隧道施工和長期運營的重要保障。

現有技術中，關于如何科學評價巖溶水環境下漿液抗分散性及留存漿液的基本性能，尚還沒有一整套完善的室內試驗裝置，因此開發出一種測試水下巖溶注漿材料抗分散性質的裝置及其使用方法，來進行室內試驗以模擬漿液在巖溶水環境下的工作性能，為工程應用提供試驗模型支撐。

技術實現要素：

針對現有方法的不足，本發明提供了一種測試水下巖溶注漿材料抗分散性質的裝置及其使用方法，所提供的方案簡易可行，能夠測試巖溶水環境下漿液的抗分散性及巖溶體留存漿液的基本性能，完成多種漿液性能的比較等工作，方法簡單，經濟適用，便于室內試驗。

為實現上述目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

一種測試水下巖溶注漿材料抗分散性質的裝置及其使用方法，其特征在于，包括巖溶水供應系統、可視化巖溶系統、注漿系統以及廢液收集和量測系統四個系統；巖溶水供應系統連接于可視化巖溶系統的進水端，注漿系統連接于可視化巖溶系統的巖溶體中，待得巖溶水完全充填于可視化巖溶系統中時，通過注漿系統對巖溶體進行注漿，由巖溶水供應系統控制巖溶水的流速，注漿系統控制注漿壓力，廢液通過可視化巖溶系統的尾端流出，進入廢液收集和量測系統。

進一步的，所述巖溶水供應系統，包括空壓機、高壓軟管、巖溶水儲蓄罐、巖溶水和進水口閥門；所述空壓機通過所述高壓軟管連接于所述巖溶水儲蓄罐的頂端，所述巖溶水裝于所述巖溶水儲蓄罐內，所述巖溶水儲蓄罐的底端用所述高壓軟管引出，在引出的所述高壓軟管的中間設置有所述進水口閥門，連接好后檢查裝置氣密性，由所述空壓機提供壓力，使得所述巖溶水儲蓄罐內的所述巖溶水從所述高壓軟管流出，所述進水口閥門用于控制巖溶水的流出速度。

進一步的，所述可視化巖溶系統，包括絲扣、承臺、出水口閥門、巖溶體、滿布孔洞玻璃板、槽鋼、可視化水槽槽蓋、密封橡皮圈和可視化水槽箱體；所述可視化水槽箱體置于所述承臺上以便于試驗觀察，所述可視化水槽箱體的內部固定位置處設置有所述槽鋼，所述滿布孔洞玻璃板插入所述槽鋼的凹槽內固定，構成溶洞空間，將所述巖溶體置于其內，待箱體內充滿所述巖溶水時模擬巖溶效應；所述可視化水槽箱體的兩端設置有所述絲扣，一端連接了所述進水口閥門，另一端連接了所述出水口閥門，以連通所述巖溶水供應系統和所述廢液收集和量測系統；所述可視化水槽槽蓋的頂部中間處也設置有所述絲扣用以連接所述注漿系統，此處所述絲扣底端伸入溶洞內部一定距離以便注漿漿液進入所述巖溶體，所述可視化水槽槽蓋與所述可視化水槽箱體扣合處設置有所述密封橡皮圈，保證扣合后可視化巖溶系統的密封性。。

進一步的，所述注漿系統，包括注漿軟管、漿液儲蓄罐、壓力表、進漿口和注漿泵；注漿漿液通過所述進漿口注入所述漿液儲蓄罐中，所述漿液儲蓄罐的端部連接了所述注漿泵為其提供注漿壓力，所述漿液儲蓄罐頂部連接了所述壓力表以實時監控所述注漿泵的注漿壓力，最后漿液通過所述注漿軟管連接于所述可視化水槽槽蓋頂部的所述絲扣上，使得試驗漿液注出到所述可視化巖溶系統的巖溶體中。

進一步的，所述廢液收集和量測系統，包括廢液收集桶、廢液、電子秤、環刀、取樣刀和秒表；所述電子秤稱量放入溶洞前的巖溶體的質量，在所述巖溶水對溶洞內的巖溶體作用的同時對其進行注漿，完成注漿后所述廢液在所述可視化巖溶系統的尾部通過所述出水口閥門排出，排出的所述廢液收集于所述廢液收集桶中，待得所述可視化巖溶系統的廢液收集端巖溶液清晰透明時完成試驗，用所述秒表記錄下所用時間，拆除裝置，取出巖溶體，再用所述電子秤稱量其質量，用所述環刀和所述取樣刀對其完成取樣，進行物理力學性能試驗，評價其注漿效果與漿液的抗分散性能。

進一步的，本發明還提供一種如上所述的一種測試水下巖溶注漿材料抗分散性質的裝置的使用方法，包括如下步驟：

步驟1)：裝置安裝，完成所述溶水供應系統、所述可視化巖溶系統、所述注漿系統和所述廢液收集和量測系統的連接，所述巖溶體選擇飽和淤泥類或常見細砂類并放入溶洞內，放入前先稱量所述巖溶體的質量，檢查所述巖溶水供應系統、所述可視化巖溶系統和所述注漿系統的氣密性；

步驟2)：先在所述巖溶水供應系統中的所述巖溶水儲蓄罐中注入清水，對所述可視化巖溶系統進行清水充填，調節所述空壓機、所述進水口閥門和所述出水口閥門，使得可視化水槽內充填滿清水并通過浮標法將其調至恒定流速v(0.2m/s、0.5m/s、0.8m/s)，使得所述巖溶體被充分潤濕至飽和狀態，然后對其進行試注漿，漿液也選擇清水試注，以完成氣密性檢測；

步驟3)：待得步驟2)完成后，將所述巖溶水供應系統中的清水排出，換入配制好的模擬用所述巖溶水，所述巖溶水準備充分，可及時對所述巖溶水供應系統進行補充，將所述可視化巖溶系統中的清水排出，所述注漿系統中的清水也排出，換入測試用注漿漿液，控制注漿漿液量一定，排除工作和加試驗用品完成后進行試驗；

步驟4)：重復步驟2)所述的試驗過程，當漿液注入完成后，觀察可視化水槽尾部的水流，當尾部水流清澈時，記錄下從開始注漿到水流清澈穩定后所耗時間，關閉所述進水口閥門，關閉所述空壓機，泄排掉儲水罐、管道及可視化水槽內的所述巖溶水，將所述巖溶體取出，稱量其質量，對其進行物理力學性能測試。

與現有技術相比，本發明具備的技術效果為：

上述的實驗裝置組裝完畢連成一體后，可以有效模擬在巖溶水作用下注漿漿液的抗分散性能，當注漿漿液注入巖溶體后在巖溶水作用下穩定后，取出留存體，用環刀法取樣測出留存體的強度以評價漿液的效果，為工程應用提供準確的實驗數據支撐。

附圖說明

圖1是一種測試水下巖溶注漿材料抗分散性質的裝置組裝后的截面示意圖；

圖2是一種測試水下巖溶注漿材料抗分散性質的裝置的可視化系統箱體組裝示意圖；

圖3是一種測試水下巖溶注漿材料抗分散性質的裝置的可視化系統箱蓋組裝示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

結合圖1至圖3，本發明提供了一種測試水下巖溶注漿材料抗分散性質的裝置及其使用方法，包括巖溶水供應系統1、可視化巖溶系統2、注漿系統3以及廢液收集和量測系統4四個系統；巖溶水供應系統1連接于可視化巖溶系統2的進水端，注漿系統3連接于可視化巖溶系統2的巖溶體中，待得巖溶水完全充填于可視化巖溶系統2中時，通過注漿系統3對巖溶體進行注漿，由巖溶水供應系統1控制巖溶水的流速，注漿系統3控制注漿壓力，廢液通過可視化巖溶系統2的尾端流出，進入廢液收集和量測系統4。

所述巖溶水供應系統1包括空壓機11、高壓軟管12、巖溶水儲蓄罐13、巖溶水14和進水口閥門15；所述空壓機11通過所述高壓軟管12連接于所述巖溶水儲蓄罐13的頂端，所述巖溶水14裝于所述巖溶水儲蓄罐13內，所述巖溶水儲蓄罐13的底端用所述高壓軟管12引出，在引出的所述高壓軟管12的中間設置有所述進水口閥門15，連接好后檢查裝置氣密性，由所述空壓機11提供壓力，使得所述巖溶水儲蓄罐13內的所述巖溶水14從所述高壓軟管12流出，所述進水口閥門15用于控制巖溶水的流出速度。

所述可視化巖溶系統2包括絲扣21、承臺22、出水口閥門23、巖溶體24、滿布孔洞玻璃板25、槽鋼26、可視化水槽槽蓋27、密封橡皮圈28和可視化水槽箱體29；所述可視化水槽箱體29置于所述承臺22上以便于試驗觀察，所述可視化水槽箱體29的內部固定位置處設置有所述槽鋼26，所述滿布孔洞玻璃板25插入所述槽鋼26的凹槽內固定，構成溶洞空間，將所述巖溶體24置于其內，待箱體內充滿所述巖溶水14時模擬巖溶效應；所述可視化水槽箱體29的兩端設置有所述絲扣21，一端連接了所述進水口閥門15，另一端連接了所述出水口閥門23，以連通所述巖溶水供應系統1和所述廢液收集和量測系統4；所述可視化水槽槽蓋27的頂部中間處也設置有所述絲扣21用以連接所述注漿系統3，此處所述絲扣21底端伸入溶洞內部一定距離以便注漿漿液進入所述巖溶體24，所述可視化水槽槽蓋27與所述可視化水槽箱體29扣合處設置有所述密封橡皮圈28，保證扣合后可視化巖溶系統2的密封性。

所述注漿系統3包括注漿軟管31、漿液儲蓄罐32、壓力表33、進漿口34和注漿泵35；注漿漿液通過所述進漿口34注入所述漿液儲蓄罐32中，所述漿液儲蓄罐32的端部連接了所述注漿泵35為其提供注漿壓力，所述漿液儲蓄罐32頂部連接了所述壓力表33以實時監控所述注漿泵35的注漿壓力，最后漿液通過所述注漿軟管31連接于所述可視化水槽槽蓋27頂部的所述絲扣21上，使得試驗漿液注出到所述可視化巖溶系統2的巖溶體中。

所述廢液收集和量測系統4包括廢液收集桶41、廢液42、電子秤43、環刀44、取樣刀45和秒表46；所述電子秤43稱量放入溶洞前的巖溶體的質量，在所述巖溶水14對溶洞內的巖溶體作用的同時對其進行注漿，完成注漿后所述廢液42在所述可視化巖溶系統2的尾部通過所述出水口閥門23排出，排出的所述廢液42收集于所述廢液收集桶41中，待得所述可視化巖溶系統2的廢液收集端巖溶液清晰透明時完成試驗，用所述秒表46記錄下所用時間，拆除裝置，取出巖溶體，再用所述電子秤43稱量其質量，用所述環刀44和所述取樣刀45對其完成取樣，進行物理力學性能試驗，評價其注漿效果與漿液的抗分散性能。

一種測試水下巖溶注漿材料抗分散性質的裝置及其使用方法，包括如下步驟：

步驟1)：裝置安裝，完成所述巖溶水供應系統1、所述可視化巖溶系統2、所述注漿系統3和所述廢液收集和量測系統4的連接，所述巖溶體24選擇飽和淤泥類或常見細砂類并放入溶洞內，放入前先稱量所述巖溶體24的質量，檢查所述巖溶水供應系統1、所述可視化巖溶系統2和所述注漿系統3的氣密性；

步驟2)：先在所述巖溶水供應系統1中的所述巖溶水儲蓄罐13中注入清水，對所述可視化巖溶系統2進行清水充填，調節所述空壓機11、所述進水口閥門15和所述出水口閥門23，使得可視化水槽內充填滿清水并通過浮標法將其調至恒定流速v(0.2m/s、0.5m/s、0.8m/s)，使得所述巖溶體24被充分潤濕至飽和狀態，然后對其進行試注漿，漿液也選擇清水試注，以完成氣密性檢測；

步驟3)：待得步驟2)完成后，將所述巖溶水供應系統1中的清水排出，換入配制好的模擬用所述巖溶水14，所述巖溶水14準備充分，可及時對所述巖溶水供應系統1進行補充，將所述可視化巖溶系統2中的清水排出，所述注漿系統3中的清水也排出，換入測試用注漿漿液，控制注漿漿液量一定，排除工作和加試驗用品完成后進行試驗；

步驟4)：重復步驟2)所述的試驗過程，當漿液注入完成后，觀察可視化水槽尾部的水流，當尾部水流清澈時，記錄下從開始注漿到水流清澈穩定后所耗時間，關閉所述進水口閥門15，關閉所述空壓機11，泄排掉儲水罐、管道及可視化水槽內的所述巖溶水14，將所述巖溶體24取出，稱量其質量，對其進行物理力學性能測試。

本試驗測試漿液的抗分散性和不同漿液性能的比較方法為：

(1)試驗前稱量所述巖溶體24和注漿漿液的質量，試驗結束后，拆除整體裝置，稱量所述巖溶體24的質量，比較其與試驗前巖溶體和漿液質量總和的大小，求出其殘留量，對殘留巖溶體進行物理力學性能試驗，測出其性能參數，評價注漿漿液效果。

(2)控制所述巖溶水14的流速，選用不同水固比的注漿漿液，通過秒表記錄其分別從開始注漿到穩定所需的時間，比較其時間和殘留所述巖溶體24的物理力學性能，求出漿液水固比與抗分散性能的關系。

(3)控制注漿漿液的水固比不變，改變所述巖溶水14的流速，通過秒表記錄其分別從開始注漿到穩定所需的時間，比較其時間和殘留所述巖溶體24的物理力學性能，求出巖溶水流速與漿液抗分散性能的關系。

需要說明的是，在本文中，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。