本发明涉及一种盾尾注浆浆液凝结及管片上浮过程模型试验装置。
背景技术
近年来，随着城市地铁事业的不断发展，地铁施工技术也在不断地被完善。然而，对应盾构注浆后浆液凝结过程以及不同地质条件对浆液凝结强度的影响方面的研究却比较少。公开号为cn205643289u的中国专利公开了“一种盾构隧道同步注浆模拟试验系统”，该同步注浆模拟试验系统包括用于填充模型土的模型箱，模型箱的底部设置有可前后滑动的抽拉装置，抽拉装置内设有连通至模型箱内部的注浆管，同步注浆模拟试验系统还包括反力架，反力架上设置有千斤顶。
试验时，向模型箱中填充模型土，预埋好应力传感器、应变传感器及位移传感器，抽拉装置一边抽拉一边向模型箱内注浆，千斤顶模拟地层压力，以模拟盾构机一盾尾同步注浆的工作状况。现有的这种模拟试验系统存在以下问题：注浆凝结过程中导致的管片上浮、下沉问题不能被有效的模拟；另外，真实地层中的土是有一定的密实度的，而现有技术中的模拟试验系统无法实现密实度的调整。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种盾尾注浆浆液凝结及管片上浮过程模型试验装置，以解决现有技术不能模拟注浆凝结过程中管片上浮的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种盾尾注浆浆液凝结及管片上浮过程模型试验装置，包括用于承填模型土的模型箱，所述模型箱的顶端可拆连接有钢管片模型，模型箱的底端设置有加载板组件，加载板组件包括加载板、与加载板连接的弹簧和与弹簧固定连接的反力梁，加载板、弹簧和反力梁上下顺序布置，加载板的上侧板面用于与模型土接触，模型试验装置还包括用于对所述反力梁施加压力的施压机构。
所述模型箱的侧壁上设置有注水口和出水口。
所述注水口上连接有流量调节阀。
所述钢管片模型为下周面内凸于所述模型箱中的弧形管片。
所述模型箱侧壁和钢管片模型上设置有注浆口。
模型试验装置还包括能在模型箱内上下移动的土体固结压缩板及驱动所述土体固结压缩板对模型土施压的压实机构，固结压缩板上设置有透水孔。
所述土体团结压缩板为与钢管片模型平行布置的等比例圆弧状结构。
钢管片模型的中部设置有轴线沿上下方向延伸的螺纹孔，模型试验装置还包括用于与所述螺纹孔螺纹连接以向下顶推所述土体固结压缩板的顶推螺栓。
本发明的有益效果为：在注浆试验时，施压机构通过加载板向模型箱中的模型土施加压力，来模拟不同土层深度的土压力，在注浆凝结过程中，如果出现土层上浮或沉降，土地表沉降的幅度可以通过加载板相对反力梁的浮动显现出来，从而实现钢管片模型上浮的模拟。
进一步的，通过对注水口水压力的调节和开闭来模拟地层中的地下水情况。
进一步的，在进行注浆试验之前，压实机构先通过固结压缩板对模型土施压，使得模型土获得预定土层的密实度，以模拟更为真实的地层环境。
进一步的，固结压缩板为与模型瓦片平行设置的等比例圆弧结构，这样经过固结压缩板压实的模型土与模型瓦片之间形成弧形的注浆区域，与真实的注浆区域形状一致，模拟试验更加接近真实工况。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的结构示意图；
图2是图1的侧视图。
具体实施方式
一种盾尾注浆浆液凝结及管片上浮过程模型试验装置的实施例如图1~2所示：包括内腔用于填充模型土的模型箱7，模型箱7通过螺栓固连于模型箱支撑架8上。模型箱的内壁上贴有双层的防滑膜，本实施例中防滑膜由四氟龙膜构成，在两侧四氟龙膜之间填有石墨，以减小两层四氟龙膜之间的摩擦力，模型箱的顶端通过可拆固定结构连接有钢管片模型3，可拆固定结构包括轴线沿上下方向延伸的锁紧螺栓和设置于模型箱上的模型箱螺纹孔，钢管片模型3通过穿装于模型箱螺纹孔中的锁紧螺栓固定于模型箱7的上端，钢管片模型3的下周面内凸于模型箱中。钢管片模型和模型箱的侧壁上端均设置有注浆口1，钢管片模型上的注浆口的轴线沿上下方向延伸，钢管片模型的中部设置有轴线沿上下方向延伸的管片螺纹孔15，管片螺纹孔15构成所述注浆口。模型箱的底部设置有加载板组件，加载板组件包括反力梁11和通过弹簧9浮动设置于反力梁11上侧的加载板10，加载板10可以上下浮动，弹簧9的上端与加载板固定连接，弹簧9的下端与反力梁固定连接，加载板10的上侧板面用于与模型土接触传力，模型试验装置还包括用于对反力梁施加压力的施压机构（图中未示出），本实施例中施压机构为液压缸。模型试验装置还包括能在模型箱内上下导向移动的土体固结压缩板4及驱动土体固结压缩板对模型土施压的压实机构（图中未示出），压实机构包括与管片螺纹孔15螺纹连接的顶推螺栓，通过顶推螺栓的下端对土体固结压缩板顶推，土体固结压缩板可以向下压实土体，以模拟真实土层的密室度，在不使用时，可以将顶推螺栓拆掉，管片螺纹孔用于实现对钢管片模型的吊装。
土体固结压缩板4上设置有透水孔2。在模型箱的侧壁上还设置有上下间隔布置的注水口5和出水口6，注水口和出水口可以通过封堵头封堵，模型箱的侧壁上还设置有导线口。模型箱的至少一侧箱壁由透明材料制成，以方便观察实验过程，在模型箱的透明侧壁上还可以设置沿上下方向布置的刻度值，以方便观察加载板的浮动值。
试验时，将模型土12置于模型箱中，模型土内预埋压力盒等传感器，传感器的线路经导线口引出，先不安装钢管片模型，将团结压缩板置于模型土的上侧，通过压实机构对团结压缩板施压，将模型土压实，模型土中多余的水分会经透水口溢出，以此模拟真实的土层密实度，通过注水口压力和开闭来模拟地层中的地下水情况。然后将团结压缩板取出，通过螺栓将钢管片模型固定于模型箱的上端，通过模型箱侧壁和钢管片模型上的注浆口向钢管片模型与模型土之间注浆，施压机构通过加载板对模型土施压，以模拟不同地层的地层压力，当注浆在凝固过程中，控制加载板的压力模拟管片上浮的过程，直至实验完成，取出已凝结的浆液进行浆液强度测定。
本发明能通过配置不同的模型土样来模拟不同地层中的浆液凝结过程，本发明还能通过配置不同的浆液来模拟不同浆液对同一地层的浆液凝结过程；通过调节加载板组件对模型土的压力来模拟不同土层深度的土压力；通过调节注水口的注水压力和开闭来模拟地层中的地下水情况；通过调节注浆口压力来模拟不同注浆压力对浆液凝结的影响。本发明具有很好的通用功能，适用于对不同情况的注浆凝结过程模拟，便于对施工过程提供参数，加快施工进程，并确保施工安全。该模型试验装置可以模拟任何地质条件下盾构注浆浆液凝结过程和上浮过程；施压机构可以有效的模拟出管片上浮过程的自重应力。每次实验完成能回收部分土体材料，经济环保；本模拟试验装置只需控制施压机构就能完成实验，易于操作，降低了实验过程中偶然误差造成的精度下降。本发明中钢管片模型中部的管片螺纹孔可以用于注浆、吊装及对团结压缩板的加载，钢管片模型与土体之间的空间用于模拟盾尾空隙，试验中注浆填充盾尾空隙，模拟实际工程中同步注浆工序，通过固结压缩板对土样的压缩，完成对土样密实度的模拟，在注浆前，固结压缩板从模型箱中取出，反力梁即可为弹簧提供反作用力，又可做为模型箱的支撑架，模型试验装置还包括注浆管和注浆机，向注水口注水或排水，可以任意的设定土中的水位。模型试验装置还包括与低位置的排水口相连的水位观测管，用于观测水位的变化。
在本发明的其它实施例中，管片固定结构还可以是卡扣等其它能够实现钢管片模型与模型箱可拆连接的可拆连接结构；当然固结压缩板还可以不设，此时钢管片模型可以不可拆的固定于模型箱上，可以从模型箱的侧面向模型箱内填入模型土。