用于边坡模型试验的注浆渗浆一体化单元及注浆锚索装置的制作方法

本发明属于边坡模型试验的应用领域，涉及一种用于边坡模型试验的注浆渗浆一体化单元及注浆锚索装置。

背景技术：

岩土锚固是边坡工程领域中的一个重要分支，由于它具有结构简单、施工安全、对坡体扰动小、对附近建筑物影响小、节省工程材料并对坡体或加固建筑物的稳定可起到立竿见影的效果等优点，近年来得到了迅速发展和广泛应用。从整体上来说我国的锚固技术已经达到了世界先进水平，已经开发出摩擦型锚索、支承型锚索、摩擦-支承型复合锚索、扩孔锚索等多种锚固形式。但是，由于施工现场地质情况复杂，现场实验难以实施且耗时长、经费高并且难以模拟多种工况下边坡的变形位移机理。因此，采用模型试验模拟多种工况的实施，揭示复杂工况下坡体的应力与位移，直观的了解其变形机制和应力分布规律，对实际锚固措施的效果评价、理论分析基及设计计算有重大意义。

就现有边坡模型试验中的注浆锚索装置来说，可以部分地还原实际注浆锚索的施工过程和作用机理，但存在以下问题一直没有良好的解决：1、取土方式对坡体性质的影响显著，一般将取土器用锤击或振动的方法嵌入土中，这类方法会明显影响坡体状态，对试验影响较大。2、取土时取土器端部外的土体会随取土器一同拔出，影响坡体内部结构的完整性，对试验结果的准确性产生影响。3、注浆过程中，套筒会使内部浆液与土体分隔开，使其接触面为套筒壁，套筒壁的性质与浆液不同，接触面性质的改变会使得模型试验结果代表性不足。4、在锚固段与自由段之间没有明确的支挡分界，注浆时会使锚固段的浆液泄至自由段，使锚固段区域长度不受控制，与模拟实际产生较大误差。5、注浆套管整体插入土中，其抗剪强度明显与周围土体不同，会显著影响局部模型试验的土体性质，使模拟失真。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种用于边坡模型试验的注浆渗浆一体化单元及注浆锚索装置，克服现有注浆锚索装置的上述缺陷。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种用于边坡模型试验的注浆渗浆一体化单元，包括多节式套管、刚性阻浆片、贯穿并固定在刚性阻浆片上的注浆软管以及锚索；所述多节式套管包括多个依次同轴布设的套管节，位于所述多节式套管下部的套管节的侧壁上设有排浆孔；所述刚性阻浆片的直径接近多节式套管的内径，在刚性阻浆片上设有用以使锚索通过的锚索通孔。

可选地，所述套管节包括多个依次同轴布设的第一套管节和位于第一套管节下部的多个依次同轴布设的第二套管节，所述第二套管节的侧壁上开设所述排浆孔。

本发明还提供一种用于边坡模型试验的注浆锚索装置，包括压管单元、取土单元和所述的注浆渗浆一体化单元；

所述压管单元包括支撑板、垂直设在支撑板下表面的多个支撑杆、垂直设在支撑板上的丝杆和设在丝杆上端的手轮；

所述取土单元包括取土钢管、固定在取土钢管上端的圆柱形的限位柱和设在取土钢管下端内壁的刺状切片；

所述多节式套管能套在所述取土钢管外壁，多节式套管的内径小于限位柱的外径。

本发明还包括如下技术特征：

可选地，所述取土钢管的长度与多节式套管的长度相等；所述取土钢管为薄壁钢管，用以在尽量不扰动坡体的情况下，将取土钢管轻松压入坡体内；

所述多节式套管的下部为锚固段，所述排浆孔设在锚固段；多节式套管的上部为自由段；

所述刚性阻浆片设于多节式套管内且垂直于多节式套管的中心轴线，刚性阻浆片设在锚固段与自由段的分界处，使浆液在注浆过程中不能任意向自由段流出，保证锚固段设计长度准确实现。

可选地，沿所述限位柱的中心轴线设有贯通孔，用以使所述取土单元取土后，取土钢管内的土容易从两端取出；所述限位柱的上表面的贯通孔上设有塞子，方便所述丝杆向下压限位柱，进而向下压取土单元。

可选地，在所述限位柱的侧壁上设有提手，用以方便拔出或旋转取土单元。

可选地，所述支撑杆有三个，且均布在支撑板的下表面，用以稳定支撑所述支撑板。

可选地，在所述支撑杆的下端设有刚性垫片，防止支撑杆破坏坡面，避免压管单元在工作过程中发生倾斜。

可选地，在所述注浆软管下端设有扩浆洒头，使浆液从注浆软管中排出并扩散至多节式套管下部的每个角落。

具体的，所述锚索的材料为型号307的不锈钢丝绳，且直径为4mm，用来在模型试验中模拟锚索。

边坡模型试验中的注浆锚索的实施方法，通过所述的用于边坡模型试验的注浆锚索装置来实现，具体包括以下步骤：

步骤一：压管过程：在模型箱内保证坡体稳定后，定位锚索的作用位置后，将压管单元平稳的放置在坡面上，之后将多节式套管套在所述取土钢管外壁并垂直接触至预定坡体，摇动手轮，丝杆随之下降，丝杆顶住限位柱使之下降，限位柱将力传递给多节式套管，将取土单元和多节式套管平稳压入土中；

步骤二：取土过程：转动所述提手，使其带动限位柱和取土钢管同时转动，从而切断取土钢管下端的土体联系，之后将取土钢管轻缓拔出，取土过程结束；

步骤三：注浆过程：将浆液由注浆软管流入并通过扩浆洒头洒出到锚固段，并用刚性阻浆片阻隔开锚固段与自由段，同时内部的浆液从排浆孔排出到多节式套管的外表面形成一层浆液薄膜，待内部浆液稳定后，将注浆软管、扩浆洒头、刚性阻浆片平稳抽出，锚索留在坡体内，至此锚索的注浆完成。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(ⅰ)本发明的适用性强、操作简单、稳定高效，静压取土单元将取土单元平稳压入坡体内，整个过程对坡体本身状态影响小，使整个试验过程得到优化。在取土过程中，拧动限位柱带动取土钢管转动，切断端部土体，避免取土时将端部土体一起拔出破环坡体的稳定。当拔出取土单元时，多节式套管为内部注浆锚索提供了临时支撑的作用，可以防止塌孔。注浆渗浆一体化单元使得浆液可以外渗至多节式套管的外表面，使锚索整体部件与土层的接触面仍为浆液而不是多节式套管，使注浆界面属性仍为浆液而非多节式套管。在注浆过程中采用刚性阻浆片有效阻断浆液流向自由段，使锚索的工作平台分明，降低了试验的操作误差。多节式套管的利用减小了套管的截面模量，且同时将其做为多节拼装装置，这将使多节式套管的抗剪强度降低，使多节式套管对土体的影响降至最低。

(ⅱ)本发明中，在取土钢管下端内壁设有刺状切片，当取土钢管内充满土体时，旋转取土钢管，刺状切片切断端部的土层，使取土钢管内土体与取土钢管外土体剪断从而没有连接，便于准确、完整、微扰动取土。

(ⅲ)多节式套管能套在取土钢管外壁，多节式套管包括多个依次同轴布设的套管节，多节的目的在于减小多节式套管的整体抗剪强度和抗弯性能，从而减小多节式套管对坡体强度的影响。

(ⅳ)在位于多节式套管下部的套管节的侧壁上设有排浆孔，可以使浆液充分外渗，大面积减小多节式套管与模型土接触面积，同时允许浆液排出到多节式套管外，而多个排浆孔使浆液均匀的在多节式套管外测形成一个浆液薄膜，使土层与锚索之间的接触界面为浆液而不是多节式套管，尽可能减小多节式套管对套管注浆界面属性的影响。

(ⅴ)多节式套管的外径小于限位柱的外径，用以使多节式套管的上端能顶在限位柱的下表面，保证多节式套管与取土钢管同时插入土中而不发生相对位移。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明的取土过程示意图；

图3为本发明的取土过程细部图；

图4为本发明的注浆过程示意图；

图5为本发明的注浆过程细部图；

图6为本发明的注浆完成示意图；

图7为本发明的压管单元结构示意图；

图8为本发明的取土单元结构示意图；

图9为本发明的多节式套管结构示意图；

图中各标号表示为:1-压管单元，2-取土单元，3-注浆渗浆一体化单元；

11-支撑板，12-支撑杆，13-丝杆，14-手轮，15-刚性垫片；

21-取土钢管，22-限位柱，221-提手，23-刺状切片；

31-多节式套管，311-排浆孔，32-刚性阻浆片，33-注浆软管，34-锚索，35-扩浆洒头。

具体实施方式

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

如图4至6及图9所示，一种用于边坡模型试验的注浆渗浆一体化单元，包括多节式套管31、刚性阻浆片32、贯穿并固定在刚性阻浆片32上的注浆软管33以及锚索34；多节式套管31包括多个依次同轴布设的套管节，多节的目的在于减小多节式套管31的整体抗剪强度和抗弯性能，从而减小多节式套管31对坡体强度的影响；位于多节式套管31下部的套管节的侧壁上设有排浆孔311，可以使浆液充分外渗，大面积减小多节式套管31与模型土接触面积，同时允许浆液排出到多节式套管31外，而多个排浆孔311使浆液均匀的在多节式套管31外测形成一个浆液薄膜，使土层与锚索之间的接触界面为浆液而不是多节式套管31，尽可能减小多节式套管31对套管注浆界面属性的影响；刚性阻浆片32的直径接近多节式套管31的内径，在刚性阻浆片32上设有用以使锚索34通过的锚索通孔。

具体的，套管节包括多个依次同轴布设的第一套管节和位于第一套管节下部的多个依次同轴布设的第二套管节，第二套管的侧壁上开设排浆孔311，可以使浆液充分外渗，大面积减小多节式套管31与模型土接触面积，同时允许浆液排出到多节式套管31外，而多个排浆孔311使浆液均匀的在多节式套管31外测形成一个浆液薄膜，使土层与锚索之间的接触界面为浆液而不是多节式套管31，尽可能减小多节式套管31对套管注浆界面属性的影响。

实施例2：

如图1至图9所示，一种用于边坡模型试验的注浆锚索装置，包括压管单元1、取土单元2和实施例1中的注浆渗浆一体化单元3；压管单元1包括支撑板11、垂直设在支撑板11下表面的多个支撑杆12、垂直设在支撑板11上的丝杆13和设在丝杆13上端的手轮14；手轮14能带动丝杆13旋转并沿支撑板11垂直移动，通过丝杆13能下压取土单元2；取土单元2包括取土钢管21、固定在取土钢管21上端的圆柱形的限位柱22和设在取土钢管21下端内壁的刺状切片23，当取土钢管21内充满土体时，旋转取土钢管21，刺状切片23切断端部的土层，使取土钢管21内土体与取土钢管21外土体剪断从而没有连接，便于准确、完整、微扰动取土；注浆渗浆一体化单元3包括多节式套管31、刚性阻浆片32、贯穿并固定在刚性阻浆片32上的注浆软管33以及锚索34；多节式套管31能套在取土钢管21外壁，多节式套管31包括多个依次同轴布设的套管节，多节的目的在于减小多节式套管31的整体抗剪强度和抗弯性能，从而减小多节式套管31对坡体强度的影响；位于多节式套管31下部的套管节的侧壁上设有排浆孔311，可以使浆液充分外渗，大面积减小多节式套管31与模型土接触面积，同时允许浆液排出到多节式套管31外，而多个排浆孔311使浆液均匀的在多节式套管31外测形成一个浆液薄膜，使土层与锚索之间的接触界面为浆液而不是多节式套管31，尽可能减小多节式套管31对套管注浆界面属性的影响；多节式套管31的内径小于限位柱22的外径，用以使多节式套管31的上端能顶在限位柱22的下表面，保证多节式套管31与取土钢管21同时插入土中而不发生相对位移；刚性阻浆片32的直径接近多节式套管31的内径，在刚性阻浆片32上设有用以使锚索34通过的锚索通孔。

具体的，取土钢管21的长度与多节式套管31的长度相等；取土钢管21为薄壁钢管，用以在尽量不扰动坡体的情况下，将取土钢管21轻松压入坡体内；多节式套管31的下部为锚固段，排浆孔311设在锚固段；多节式套管31的上部为自由段；刚性阻浆片32设于多节式套管31内且垂直于多节式套管31的中心轴线，刚性阻浆片32设在锚固段与自由段的分界处，使浆液在注浆过程中不能任意向自由段流出，保证锚固段设计长度准确实现。

本实施例中，沿限位柱22的中心轴线设有贯通孔，用以使取土单元2取土后，取土钢管21内的土容易从两端取出；限位柱22的上表面的贯通孔上设有塞子，方便丝杆13向下压限位柱22，进而向下压取土单元2。

优选的，在限位柱22的侧壁上设有提手221，用以方便拔出或旋转取土单元2。

支撑杆12有三个，且均布在支撑板11的下表面，用以稳定支撑支撑板11。

在支撑杆11的下端设有刚性垫片15，防止支撑杆11破坏坡面，避免压管单元1在工作过程中发生倾斜。

在注浆软管33下端设有扩浆洒头35，使浆液从注浆软管33中排出并扩散至多节式套管31下部的每个角落。

锚索34的材料为型号307的不锈钢丝绳，且直径为4mm，用来在模型试验中模拟锚索。

实施例3：

本实施例提供一种边坡模型试验中的注浆锚索的实施方法，该方法通过实施例2的用于边坡模型试验的注浆锚索装置来实现，具体包括以下步骤：

步骤一：压管过程：在模型箱内保证坡体稳定后，定位锚索的作用位置后，将压管单元平稳的放置在坡面上，之后将多节式套管套在取土钢管外壁并垂直接触至预定坡体，摇动手轮，丝杆随之下降，丝杆顶住限位柱使之下降，限位柱将力传递给多节式套管，将取土单元和多节式套管平稳压入土中；

步骤二：取土过程：转动提手，使其带动限位柱和取土钢管同时转动，从而切断取土钢管下端的土体联系，之后将取土钢管轻缓拔出，取土过程结束；

步骤三：注浆过程：将浆液由注浆软管流入并通过扩浆洒头洒出到锚固段，并用刚性阻浆片阻隔开锚固段与自由段，同时内部的浆液从排浆孔排出到多节式套管的外表面形成一层浆液薄膜，待内部浆液稳定后，将注浆软管、扩浆洒头、刚性阻浆片平稳抽出，锚索留在坡体内，至此锚索的注浆完成。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。