本实用新型属于岩土工程技术领域，具体涉及一种渗透劈裂注浆的室内模拟设备。
背景技术：
大坝的渗流引起的库水渗漏，甚至是大坝坝体的不稳定，渗透注浆往往可以起到一积极作用。然而渗透注浆对于注浆工艺的要求极高，包括注浆参数的选择、现地的应力状态、现地土壤物理和力学参数、浆液本身流变性质等，都会显著影响渗透注浆成效，采用错误的参数进行渗透注浆，注浆后往往无法显著提升土壤抗剪强度和减少土壤渗透系数，浪费工程成本和工期，为此，我们提出一种渗透劈裂注浆的室内模拟设备。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种渗透劈裂注浆的室内模拟设备。该设备通过设置覆土压力模拟单元、注浆试验槽单元和围压力模拟单元，可模拟土样现地应力状态；另外，优选设置注浆速率控制单元控制注浆压力和注浆速率，可判别注浆模式为渗透注浆或劈裂注浆，避免劈裂注浆情况发生，为渗透注浆参数的确定和优化提供依据，免去现场试验注浆所花费的时间、成本，有效提高现场渗透注浆成效。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种渗透劈裂注浆的室内模拟设备，其特征在于，包括覆土压力模拟单元、注浆试验槽单元和围压力模拟单元，所述注浆试验槽单元包括钢制外筒，位于钢制外筒内的钢制内筒，和设置于钢制内筒内的土样，所述钢制外筒上设置有第一盖体，所述钢制外筒与钢制内筒之间形成空腔，所述钢制内筒的侧壁开设有与所述空腔连通的孔洞，钢制内筒的内壁设置有土工布，所述注浆试验槽单元的底部安装有孔压计和第一排水管，所述第一排水管与空腔相连通，所述土样上方且位于第一盖体的下方设置有承压板，所述第一盖体上设置有注浆管，注浆管的下部依次穿过第一盖体和承压板并埋设于土样内，注浆管上安装有第一电磁阀，所述第一盖体上设置有用于向第一盖体与承压板之间的空隙通入高压空气的气体管道；
所述覆土压力模拟单元包括与气体管道连接的第一压缩空气储罐和设置于气体管道上的第一调节阀；
所述围压力模拟单元包括底座、设置于底座上的内外套管和设置于底座上的差压计，所述内外套管包括外管和设置于外管内的内管，所述内管和外管之间形成腔体，所述内管的上端敞开且与腔体相连通，所述外管的上方安装有第二盖体，所述第二盖体上且位于内管的正上方安装有注水管，所述外管的底部安装有与内管相连通的第一管路，所述第一管路与第一排水管相连，所述第二盖体上设置有与腔体相连通的第二管路，所述外管的底部设置有与腔体相连通的第三管路，所述第二管路上连接有高压空气管路，所述高压空气管路上连接有第二压缩空气储罐，高压空气管路上安装有第二调节阀；所述差压计的一端连接第二管路，差压计的另一端连接第三管路。
上述的一种渗透劈裂注浆的室内模拟设备，其特征在于，还包括注浆速率控制单元，所述注浆速率控制单元包括浆液储存罐和水槽，所述浆液储存罐包括罐体，所述罐体的底部开设有出浆口，出浆口上设置有出浆管，所述出浆管与注浆管相连，所述出浆管上设置有第二电磁阀，所述罐体内设置有下端封闭的第四管路，所述第四管路的上端穿过罐体的顶部并与水槽连接，所述第四管路上设置有若干个第一支管，第一支管远离第四管路的一端设置有容积可变的容器，所述第四管路与水槽之间设置有压力/体积控制器。
上述的一种渗透劈裂注浆的室内模拟设备，其特征在于，所述水槽上连接有用于向水槽内通入高压空气的第三压缩空气储罐。
上述的一种渗透劈裂注浆的室内模拟设备，其特征在于，所述水槽底部设置有第五管路，所述第五管路上连接有第二支管和第三支管，所述第二支管和第三支管并联，第二支管和第三支管均通过第一三通管件与第五管路连接，所述压力/体积控制器的数量为两个，一个压力/体积控制器与第二支管连接，另一个压力/体积控制器与第三支管连接，所述第四管路穿出罐体顶部的一端连接有第六管路，所述第六管路通过第二三通管件连接第七管路和第八管路，所述第七管路与注浆管连接，所述第八管路与第二支管和第三支管均连接，所述第七管路上设置有第三电磁阀。
上述的一种渗透劈裂注浆的室内模拟设备，其特征在于，所述罐体的顶部设置有浆液注入口。
上述的一种渗透劈裂注浆的室内模拟设备，其特征在于，所述第一盖体通过螺栓安装于钢制外筒上；所述钢制外筒的底部和钢制内筒的底部均开设有孔压计安装孔，孔压计的上部穿过所述孔压计安装孔埋设于土样内；所述孔洞的数量为多个，多个所述孔洞均匀分布于钢制内筒的侧壁上。
上述的一种渗透劈裂注浆的室内模拟设备，其特征在于，所述孔压计的数量为多个，多个所述孔压计的上端位于土样的不同高度。
上述的一种渗透劈裂注浆的室内模拟设备，其特征在于，所述内外套管的数量为两个，两个所述内外套管平行设置于差压计的左右两侧，位于差压计左侧的外管底部的第一管路和位于差压计右侧的外管底部的第一管路相连通，位于差压计左侧的内外套管的第二盖体上的第二管路和位于差压计右侧的内外套管的第二盖体上的第二管路相连通，位于差压计左侧的外管底部的第三管路和位于差压计右侧的外管底部的第三管路相连通。
上述的一种渗透劈裂注浆的室内模拟设备，其特征在于，所述注水管上安装有注水阀。
上述的一种渗透劈裂注浆的室内模拟设备，其特征在于，所述外管的底部设置有与腔体相连通的第二排水管，所述第二排水管上安装有排水阀，所述外管和内管均为透明管，外管上设置有刻度。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、本实用新型通过设置覆土压力模拟单元、注浆试验槽单元和围压力模拟单元，可模拟土样现地应力状态；另外，优选设置注浆速率控制单元控制注浆压力或注浆速率，可判别注浆模式为渗透注浆或劈裂注浆，避免劈裂注浆情况发生，为渗透注浆参数的确定和优化提供依据，免去现场试验注浆所花费的时间、成本，有效提高现场渗透注浆成效。
2、本实用新型通过设置气体管道和承压板，向第一盖体与承压板之间的空隙通入高压空气时，压力借承压板传递至土样上方从而模拟覆土压力，并且配合围压力模拟单元来模拟围压力，实现了土样现地应力状态的模拟，解决了传统三轴试验无法进行粗颗粒土室内试验的限制。
3、本实用新型通过设置内外套管和差压计，采用差压计来感测腔体内水压和气压之间的差值，在围压力模拟单元模拟围压力的同时可量土样测排水体积，不受传统反压力体变系统中乳胶膜劣化或漏水影响，且在排水体积非常微量时也能使用，效率、精度较高。
4、本实用新型在内管正上方安装注水管，可通过与内管相连通的第一管路和与第一管路连接的第一排水管向土样中注水使土样饱和。
5、本实用新型优选外管和内管均为透明管，且外管和内管上均设置有刻度，试验过程中除可通过差压计反馈电压差值求得排水体积外，亦可在试验过程中同步以肉眼观测排水体积，具备反复校验的功能。
6、本实用新型的注浆速率控制单元设置浆液储存罐、水槽和以及压力/体积控制器，浆液储存罐内设置第四管路、第一支管和容积可变的容器，可通过水槽向容积可变的容器中注水，使容积可变的容器体积增大，从而将浆液储存罐中的浆液挤入注浆管中实现对土样的注浆，浆液不接触压力/体积控制器，避免了对压力/体积控制器的损坏。
7、本实用新型优选设置两个压力/体积控制器，两个压力/体积控制器分别与并联的第二支管和第三支管连接，能够连续向容积可变的容器中注水，实现浆液的连续注入。
下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型设备的结构示意图。
图2为本实用新型注浆试验槽单元的结构示意图。
图3为本实用新型注浆速率控制单元的结构示意图。
附图标记说明：
1—覆土压力模拟单元；1-1—第一压缩空气储罐；1-2—第一调节阀；
2—注浆试验槽单元；2-1—钢制外筒；2-2—钢制内筒；
2-3—第一盖体；2-4—土工布；2-5—土样；
2-6—孔压计；2-7—第一排水管；2-8—承压板；
2-9—注浆管；2-10—空腔；2-11—气体管道；
2-12—孔洞；2-13—螺栓；2-14—第一电磁阀；
3—围压力模拟单元；3-1—外管；3-2—内管；
3-3—底座；3-4—差压计；3-5—腔体；
3-6—第二盖体；3-7—注水管；3-8—第一管路；
3-9—第二管路；3-10—第三管路；3-11—高压空气管路；
3-12—注水阀；3-13—第二压缩空气储罐；3-14—第二排水管；
3-15—排水阀；3-17—第二调节阀；4—注浆速率控制单元；
4-1—浆液储存罐；4-2—压力/体积控制器；4-3—水槽；
4-4—第二电磁阀；4-5—第四管路；4-6—第一支管；
4-7—容积可变的容器；4-8—第五管路；4-9—第二支管；
4-10—第三支管；4-11—罐体；4-12—浆液注入口；
4-13—出浆管；4-14—第一三通管件；4-15—第三压缩空气储罐；
4-16—第六管路；4-17—第二三通管件；4-18—第七管路；
4-19—第八管路；4-20—第三电磁阀。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型的渗透劈裂注浆的室内模拟设备，包括覆土压力模拟单元1、注浆试验槽单元2和围压力模拟单元3，所述注浆试验槽单元2包括钢制外筒2-1，位于钢制外筒2-1内的钢制内筒2-2，和设置于钢制内筒2-2内的土样2-5，所述钢制外筒2-1上设置有第一盖体2-3，所述钢制外筒2-1与钢制内筒2-2之间形成空腔2-10，所述钢制内筒2-2的侧壁开设有与所述空腔2-10连通的孔洞2-12，钢制内筒2-2的内壁设置有土工布2-4，所述注浆试验槽单元2的底部安装有孔压计2-6和第一排水管2-7，所述第一排水管2-7与空腔2-10相连通，所述土样2-5上方且位于第一盖体2-3的下方设置有承压板2-8，所述第一盖体2-3上设置有注浆管2-9，注浆管2-9的下部依次穿过第一盖体2-3和承压板2-8并埋设于土样2-5内，注浆管2-9上安装有第一电磁阀2-14，所述第一盖体2-3上设置有用于向第一盖体2-3与承压板2-8之间的空隙通入高压空气的气体管道2-11；
所述覆土压力模拟单元1包括与气体管道2-11连接的第一压缩空气储罐1-1和设置于气体管道2-11上的第一调节阀1-2；
所述围压力模拟单元3包括底座3-3、设置于底座3-3上的内外套管和设置于底座3-3上的差压计3-4，所述内外套管包括外管3-1和设置于外管3-1内的内管3-2，所述内管3-2和外管3-1之间形成腔体3-5，所述内管3-2的上端敞开且与腔体3-5相连通，所述外管3-1的上方安装有第二盖体3-6，所述第二盖体3-6上且位于内管3-2的正上方安装有注水管3-7，所述外管3-1的底部安装有与内管3-2相连通的第一管路3-8，所述第一管路3-8与第一排水管2-7相连，所述第二盖体3-6上设置有与腔体3-5相连通的第二管路3-9，所述外管3-1的底部设置有与腔体3-5相连通的第三管路3-10，所述第二管路3-9上连接有高压空气管路3-11，所述高压空气管路3-11上连接有第二压缩空气储罐3-13，高压空气管路3-11上安装有第二调节阀3-17；所述差压计3-4的一端连接第二管路3-9，差压计3-4的另一端连接第三管路3-10。
如图1、图2和图3所示，本实施例中，还包括注浆速率控制单元4，所述注浆速率控制单元4包括浆液储存罐4-1和水槽4-3，所述浆液储存罐4-1包括罐体4-11，所述罐体4-11的底部开设有出浆口，出浆口上设置有出浆管4-13，所述出浆管4-13与注浆管2-9相连，所述出浆管4-13上设置有第二电磁阀4-4，所述罐体4-11内设置有下端封闭的第四管路4-5，所述第四管路4-5的上端穿过罐体4-11的顶部并与水槽4-3连接，所述第四管路4-5上设置有若干个第一支管4-6，第一支管4-6远离第四管路4-5的一端设置有容积可变的容器4-7，所述第四管路4-5与水槽4-3之间设置有压力/体积控制器4-2，所述压力/体积控制器4-2为GDS标准压力/体积控制器STDDPC V2。
本实施例中，所述水槽4-3上连接有用于向水槽4-3内通入高压空气的第三压缩空气储罐4-15。
本实施例中，所述水槽4-3底部设置有第五管路4-8，所述第五管路4-8上连接有第二支管4-9和第三支管4-10，所述第二支管4-9和第三支管4-10并联，第二支管4-9和第三支管4-10均通过第一三通管件4-14与第五管路4-8连接，所述压力/体积控制器4-2的数量为两个，一个压力/体积控制器4-2与第二支管4-9连接，另一个压力/体积控制器4-2与第三支管4-10连接，所述第四管路4-5穿出罐体4-11顶部的一端连接有第六管路4-16，所述第六管路4-16通过第二三通管件4-17连接第七管路4-18和第八管路4-19，所述第七管路4-18与注浆管2-9连接，所述第八管路4-19与第二支管4-9和第三支管4-10均连接，所述第七管路4-18上设置有第三电磁阀4-20。
本实施例中，所述罐体4-11的顶部设置有浆液注入口4-12。
本实施例中，所述第一盖体2-3通过螺栓2-13安装于钢制外筒2-1上；所述钢制外筒2-1的底部和钢制内筒2-2的底部均开设有孔压计安装孔，孔压计2-6的上部穿过所述孔压计安装孔埋设于土样2-5内；所述孔洞2-12的数量为多个，多个所述孔洞2-12均匀分布于钢制内筒2-2的侧壁上。
本实施例中，所述孔压计2-6的数量为多个，多个所述孔压计2-6的上端位于土样2-5的不同高度。
本实施例中，所述内外套管的数量为两个，两个所述内外套管平行设置于差压计3-4的左右两侧，位于差压计3-4左侧的外管3-1底部的第一管路3-8和位于差压计3-4右侧的外管3-1底部的第一管路3-8相连通，位于差压计3-4左侧的内外套管的第二盖体3-6上的第二管路3-9和位于差压计3-4右侧的内外套管的第二盖体3-6上的第二管路3-9相连通，位于差压计3-4左侧的外管3-1底部的第三管路3-10和位于差压计3-4右侧的外管3-1底部的第三管路3-10相连通。
本实施例中，所述注水管3-7上安装有注水阀3-12。
本实施例中，所述外管3-1的底部设置有与腔体3-5相连通的第二排水管3-14，所述第二排水管3-14上安装有排水阀3-15，所述外管3-1和内管3-2均为透明管，外管3-1上设置有刻度。
本实用新型的设备的工作原理为：打开注水管3-7上的注水阀3-12，通过与内管3-2相连通的第一管路3-8和与第一管路3-8连接的第一排水管2-7向注浆试验槽单元2中注水，并调节第二调节阀3-17，通过高压空气管路3-11向腔体3-5内通入高压空气，同时打开第一压缩空气储罐1-1，调节第一调节阀1-2，通过气体管道2-11向第一盖体2-3与承压板2-8之间的空隙通入高压空气，利用承压板2-8将土样2-5上方的高压空气压力均匀传递至土样2-5从而模拟覆土压力，如此一来可给予土样2-5特定的围压力和覆土压力，实现了土样的现地应力状态，当内管3-2内的水位高度与注浆试验槽单元2中土样2-5的高度平齐时土样2-5达到饱和状态，关闭注水阀3-12；在注浆试验前可先进行注水试验，试验结果可作为注浆试验的参考依据，注水试验时打开第一电磁阀2-14和第三电磁阀4-20，通过第三压缩空气储罐4-15向水槽4-3中通入高压空气，水槽4-3中的水在高压空气的作用下被压入第五管路4-8中，并经第二支管4-9和第三支管4-10后流入第七管路4-18，并通过注浆管2-9注入土样2-5中，期间压力/体积控制器4-2用以控制水流速率或压力，注水试验结束后关闭第三电磁阀4-20并打开第二电磁阀4-4进行注浆试验，注浆试验前于浆液储存罐4-1中储存浆液，通过第三压缩空气储罐4-15向水槽4-3中通入高压空气，水槽4-3中的水在高压空气的作用下被压入第五管路4-8中，并经第二支管4-9和第三支管4-10后流入第六管路4-16，期间压力/体积控制器4-2用以控制水流速率或压力，而后通过第四管路4-5和第一支管4-6进入容积可变的容器4-7，容积可变的容器4-7的体积增大，从而将浆液储存罐4-1中的浆液挤入注浆管2-9中实现对土样2-5的注浆，注浆的同时注浆试验槽单元2中土样2-5开始排水，土样中的水分通过第一排水管2-7和第一管路3-8排入内管3-2中，并溢流至腔体3-5内，腔体3-5内气压和水压之间平衡状态被改变，差压计3-4用以感测腔体3-5内气压和水压之间的压力差值，试验人员可将感测到的压力差值与之前平衡状态气压和水压之间的压力差值进行比较，从而计算排水体积，同时可通过外管3-1上的刻度肉眼观测排水体积，对计算结果进行校验。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何限制，凡是根据实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。