一种测试水下岩溶注浆材料抗分散性质的装置及其使用方法与流程

本发明涉及岩土工程专业室内注浆试验领域，特别是涉及一种测试水下岩溶注浆材料抗分散性质的装置及其使用方法。

背景技术：

盾构隧道穿越岩溶地层时，经常面临掌子面失稳、盾构下沉及局部液化等工程事故，而压力注浆是工程实践中广泛采用的岩溶处理手段。在动水岩溶治理工程中，传统水泥单液浆稳定性差，岩溶水下易于冲蚀，难于达到加固防渗要求，注浆浆液是否具有良好的岩溶水下抗分散性质与留存体物理力学性能是岩溶区水下盾构隧道施工和长期运营的重要保障。

现有技术中，关于如何科学评价岩溶水环境下浆液抗分散性及留存浆液的基本性能，尚还没有一整套完善的室内试验装置，因此开发出一种测试水下岩溶注浆材料抗分散性质的装置及其使用方法，来进行室内试验以模拟浆液在岩溶水环境下的工作性能，为工程应用提供试验模型支撑。

技术实现要素：

针对现有方法的不足，本发明提供了一种测试水下岩溶注浆材料抗分散性质的装置及其使用方法，所提供的方案简易可行，能够测试岩溶水环境下浆液的抗分散性及岩溶体留存浆液的基本性能，完成多种浆液性能的比较等工作，方法简单，经济适用，便于室内试验。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种测试水下岩溶注浆材料抗分散性质的装置及其使用方法，其特征在于，包括岩溶水供应系统、可视化岩溶系统、注浆系统以及废液收集和量测系统四个系统；岩溶水供应系统连接于可视化岩溶系统的进水端，注浆系统连接于可视化岩溶系统的岩溶体中，待得岩溶水完全充填于可视化岩溶系统中时，通过注浆系统对岩溶体进行注浆，由岩溶水供应系统控制岩溶水的流速，注浆系统控制注浆压力，废液通过可视化岩溶系统的尾端流出，进入废液收集和量测系统。

进一步的，所述岩溶水供应系统，包括空压机、高压软管、岩溶水储蓄罐、岩溶水和进水口阀门；所述空压机通过所述高压软管连接于所述岩溶水储蓄罐的顶端，所述岩溶水装于所述岩溶水储蓄罐内，所述岩溶水储蓄罐的底端用所述高压软管引出，在引出的所述高压软管的中间设置有所述进水口阀门，连接好后检查装置气密性，由所述空压机提供压力，使得所述岩溶水储蓄罐内的所述岩溶水从所述高压软管流出，所述进水口阀门用于控制岩溶水的流出速度。

进一步的，所述可视化岩溶系统，包括丝扣、承台、出水口阀门、岩溶体、满布孔洞玻璃板、槽钢、可视化水槽槽盖、密封橡皮圈和可视化水槽箱体；所述可视化水槽箱体置于所述承台上以便于试验观察，所述可视化水槽箱体的内部固定位置处设置有所述槽钢，所述满布孔洞玻璃板插入所述槽钢的凹槽内固定，构成溶洞空间，将所述岩溶体置于其内，待箱体内充满所述岩溶水时模拟岩溶效应；所述可视化水槽箱体的两端设置有所述丝扣，一端连接了所述进水口阀门，另一端连接了所述出水口阀门，以连通所述岩溶水供应系统和所述废液收集和量测系统；所述可视化水槽槽盖的顶部中间处也设置有所述丝扣用以连接所述注浆系统，此处所述丝扣底端伸入溶洞内部一定距离以便注浆浆液进入所述岩溶体，所述可视化水槽槽盖与所述可视化水槽箱体扣合处设置有所述密封橡皮圈，保证扣合后可视化岩溶系统的密封性。。

进一步的，所述注浆系统，包括注浆软管、浆液储蓄罐、压力表、进浆口和注浆泵；注浆浆液通过所述进浆口注入所述浆液储蓄罐中，所述浆液储蓄罐的端部连接了所述注浆泵为其提供注浆压力，所述浆液储蓄罐顶部连接了所述压力表以实时监控所述注浆泵的注浆压力，最后浆液通过所述注浆软管连接于所述可视化水槽槽盖顶部的所述丝扣上，使得试验浆液注出到所述可视化岩溶系统的岩溶体中。

进一步的，所述废液收集和量测系统，包括废液收集桶、废液、电子秤、环刀、取样刀和秒表；所述电子秤称量放入溶洞前的岩溶体的质量，在所述岩溶水对溶洞内的岩溶体作用的同时对其进行注浆，完成注浆后所述废液在所述可视化岩溶系统的尾部通过所述出水口阀门排出，排出的所述废液收集于所述废液收集桶中，待得所述可视化岩溶系统的废液收集端岩溶液清晰透明时完成试验，用所述秒表记录下所用时间，拆除装置，取出岩溶体，再用所述电子秤称量其质量，用所述环刀和所述取样刀对其完成取样，进行物理力学性能试验，评价其注浆效果与浆液的抗分散性能。

进一步的，本发明还提供一种如上所述的一种测试水下岩溶注浆材料抗分散性质的装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤1)：装置安装，完成所述溶水供应系统、所述可视化岩溶系统、所述注浆系统和所述废液收集和量测系统的连接，所述岩溶体选择饱和淤泥类或常见细砂类并放入溶洞内，放入前先称量所述岩溶体的质量，检查所述岩溶水供应系统、所述可视化岩溶系统和所述注浆系统的气密性；

步骤2)：先在所述岩溶水供应系统中的所述岩溶水储蓄罐中注入清水，对所述可视化岩溶系统进行清水充填，调节所述空压机、所述进水口阀门和所述出水口阀门，使得可视化水槽内充填满清水并通过浮标法将其调至恒定流速v(0.2m/s、0.5m/s、0.8m/s)，使得所述岩溶体被充分润湿至饱和状态，然后对其进行试注浆，浆液也选择清水试注，以完成气密性检测；

步骤3)：待得步骤2)完成后，将所述岩溶水供应系统中的清水排出，换入配制好的模拟用所述岩溶水，所述岩溶水准备充分，可及时对所述岩溶水供应系统进行补充，将所述可视化岩溶系统中的清水排出，所述注浆系统中的清水也排出，换入测试用注浆浆液，控制注浆浆液量一定，排除工作和加试验用品完成后进行试验；

步骤4)：重复步骤2)所述的试验过程，当浆液注入完成后，观察可视化水槽尾部的水流，当尾部水流清澈时，记录下从开始注浆到水流清澈稳定后所耗时间，关闭所述进水口阀门，关闭所述空压机，泄排掉储水罐、管道及可视化水槽内的所述岩溶水，将所述岩溶体取出，称量其质量，对其进行物理力学性能测试。

与现有技术相比，本发明具备的技术效果为：

上述的实验装置组装完毕连成一体后，可以有效模拟在岩溶水作用下注浆浆液的抗分散性能，当注浆浆液注入岩溶体后在岩溶水作用下稳定后，取出留存体，用环刀法取样测出留存体的强度以评价浆液的效果，为工程应用提供准确的实验数据支撑。

附图说明

图1是一种测试水下岩溶注浆材料抗分散性质的装置组装后的截面示意图；

图2是一种测试水下岩溶注浆材料抗分散性质的装置的可视化系统箱体组装示意图；

图3是一种测试水下岩溶注浆材料抗分散性质的装置的可视化系统箱盖组装示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作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。

结合图1至图3，本发明提供了一种测试水下岩溶注浆材料抗分散性质的装置及其使用方法，包括岩溶水供应系统1、可视化岩溶系统2、注浆系统3以及废液收集和量测系统4四个系统；岩溶水供应系统1连接于可视化岩溶系统2的进水端，注浆系统3连接于可视化岩溶系统2的岩溶体中，待得岩溶水完全充填于可视化岩溶系统2中时，通过注浆系统3对岩溶体进行注浆，由岩溶水供应系统1控制岩溶水的流速，注浆系统3控制注浆压力，废液通过可视化岩溶系统2的尾端流出，进入废液收集和量测系统4。

所述岩溶水供应系统1包括空压机11、高压软管12、岩溶水储蓄罐13、岩溶水14和进水口阀门15；所述空压机11通过所述高压软管12连接于所述岩溶水储蓄罐13的顶端，所述岩溶水14装于所述岩溶水储蓄罐13内，所述岩溶水储蓄罐13的底端用所述高压软管12引出，在引出的所述高压软管12的中间设置有所述进水口阀门15，连接好后检查装置气密性，由所述空压机11提供压力，使得所述岩溶水储蓄罐13内的所述岩溶水14从所述高压软管12流出，所述进水口阀门15用于控制岩溶水的流出速度。

所述可视化岩溶系统2包括丝扣21、承台22、出水口阀门23、岩溶体24、满布孔洞玻璃板25、槽钢26、可视化水槽槽盖27、密封橡皮圈28和可视化水槽箱体29；所述可视化水槽箱体29置于所述承台22上以便于试验观察，所述可视化水槽箱体29的内部固定位置处设置有所述槽钢26，所述满布孔洞玻璃板25插入所述槽钢26的凹槽内固定，构成溶洞空间，将所述岩溶体24置于其内，待箱体内充满所述岩溶水14时模拟岩溶效应；所述可视化水槽箱体29的两端设置有所述丝扣21，一端连接了所述进水口阀门15，另一端连接了所述出水口阀门23，以连通所述岩溶水供应系统1和所述废液收集和量测系统4；所述可视化水槽槽盖27的顶部中间处也设置有所述丝扣21用以连接所述注浆系统3，此处所述丝扣21底端伸入溶洞内部一定距离以便注浆浆液进入所述岩溶体24，所述可视化水槽槽盖27与所述可视化水槽箱体29扣合处设置有所述密封橡皮圈28，保证扣合后可视化岩溶系统2的密封性。

所述注浆系统3包括注浆软管31、浆液储蓄罐32、压力表33、进浆口34和注浆泵35；注浆浆液通过所述进浆口34注入所述浆液储蓄罐32中，所述浆液储蓄罐32的端部连接了所述注浆泵35为其提供注浆压力，所述浆液储蓄罐32顶部连接了所述压力表33以实时监控所述注浆泵35的注浆压力，最后浆液通过所述注浆软管31连接于所述可视化水槽槽盖27顶部的所述丝扣21上，使得试验浆液注出到所述可视化岩溶系统2的岩溶体中。

所述废液收集和量测系统4包括废液收集桶41、废液42、电子秤43、环刀44、取样刀45和秒表46；所述电子秤43称量放入溶洞前的岩溶体的质量，在所述岩溶水14对溶洞内的岩溶体作用的同时对其进行注浆，完成注浆后所述废液42在所述可视化岩溶系统2的尾部通过所述出水口阀门23排出，排出的所述废液42收集于所述废液收集桶41中，待得所述可视化岩溶系统2的废液收集端岩溶液清晰透明时完成试验，用所述秒表46记录下所用时间，拆除装置，取出岩溶体，再用所述电子秤43称量其质量，用所述环刀44和所述取样刀45对其完成取样，进行物理力学性能试验，评价其注浆效果与浆液的抗分散性能。

一种测试水下岩溶注浆材料抗分散性质的装置及其使用方法，包括如下步骤：

步骤1)：装置安装，完成所述岩溶水供应系统1、所述可视化岩溶系统2、所述注浆系统3和所述废液收集和量测系统4的连接，所述岩溶体24选择饱和淤泥类或常见细砂类并放入溶洞内，放入前先称量所述岩溶体24的质量，检查所述岩溶水供应系统1、所述可视化岩溶系统2和所述注浆系统3的气密性；

步骤2)：先在所述岩溶水供应系统1中的所述岩溶水储蓄罐13中注入清水，对所述可视化岩溶系统2进行清水充填，调节所述空压机11、所述进水口阀门15和所述出水口阀门23，使得可视化水槽内充填满清水并通过浮标法将其调至恒定流速v(0.2m/s、0.5m/s、0.8m/s)，使得所述岩溶体24被充分润湿至饱和状态，然后对其进行试注浆，浆液也选择清水试注，以完成气密性检测；

步骤3)：待得步骤2)完成后，将所述岩溶水供应系统1中的清水排出，换入配制好的模拟用所述岩溶水14，所述岩溶水14准备充分，可及时对所述岩溶水供应系统1进行补充，将所述可视化岩溶系统2中的清水排出，所述注浆系统3中的清水也排出，换入测试用注浆浆液，控制注浆浆液量一定，排除工作和加试验用品完成后进行试验；

步骤4)：重复步骤2)所述的试验过程，当浆液注入完成后，观察可视化水槽尾部的水流，当尾部水流清澈时，记录下从开始注浆到水流清澈稳定后所耗时间，关闭所述进水口阀门15，关闭所述空压机11，泄排掉储水罐、管道及可视化水槽内的所述岩溶水14，将所述岩溶体24取出，称量其质量，对其进行物理力学性能测试。

本试验测试浆液的抗分散性和不同浆液性能的比较方法为：

(1)试验前称量所述岩溶体24和注浆浆液的质量，试验结束后，拆除整体装置，称量所述岩溶体24的质量，比较其与试验前岩溶体和浆液质量总和的大小，求出其残留量，对残留岩溶体进行物理力学性能试验，测出其性能参数，评价注浆浆液效果。

(2)控制所述岩溶水14的流速，选用不同水固比的注浆浆液，通过秒表记录其分别从开始注浆到稳定所需的时间，比较其时间和残留所述岩溶体24的物理力学性能，求出浆液水固比与抗分散性能的关系。

(3)控制注浆浆液的水固比不变，改变所述岩溶水14的流速，通过秒表记录其分别从开始注浆到稳定所需的时间，比较其时间和残留所述岩溶体24的物理力学性能，求出岩溶水流速与浆液抗分散性能的关系。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。