一种变异地层条件下注浆模拟实验装置及方法与流程

本发明涉及土建施工，具体为一种变异地层条件下注浆模拟实验装置及方法。

背景技术：

1、随着国家城市化进程加快，城市的规模也不断地扩大，城市人口密度增大，可利用土地越来越少，城市逐渐饱和，交通堵塞、土地资源紧张等问题层出不穷，铁路、公路亦或者人行通道对隧道的需求表现的越来越明显。

2、现有技术中，大范围开放式地下工程作业限制颇多，也不适用当今的国家发展状况，一般在人口密集城区采用不对地面以及其他建筑物和管线产生影响使用的方式开挖，但是，隧道与地下工程经常涉及到不良地质体，对于穿越松散、软弱或富水地层的隧道以及洞室开挖施工必须采取超前支护手段，限制围岩过大变形，防止掌子面及拱顶坍塌，确保施工安全；在变异土层中填充水泥浆液，实现对土层的加固。

3、但是，传统的施工方法直接将水泥浆液注入开挖的坑体中，水泥浆液固化后于坑体内壁之间存在明显分隔区域，即固化的水泥填充物料可被整体抽出。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种变异地层条件下注浆模拟实验装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种变异地层条件下注浆模拟实验装置及方法，包括收纳筒，收纳筒伸入模拟槽中，模拟槽开设在变异土层的顶面，变异土层填充在地层模型透明箱的内部，所述收纳筒的顶端转动连接有隔板，隔板和收纳筒之间设有防脱限位件，隔板的顶面固定有围护管，围护管的顶端固定有安装件，安装件的上方安装有泵体和电机，电机的轴体通过牵引组件带动收纳筒转动，泵体通过注射组件向收纳筒内部注水，收纳筒的表面安装有喷水组件。

3、优选的，所述地层模型透明箱呈方形框体结构，变异土层的厚度小于地层模型透明箱的槽体深度，且模拟槽的高度小于变异土层的厚度，喷水组件设有两组，两组喷水组件关于收纳筒对称分布。

4、优选的，所述喷水组件包括出水孔和喷嘴，出水孔开设在收纳筒的表面，出水孔设有多个，多个出水孔呈上下排列分布，喷嘴和出水孔一一对应，喷嘴固定在收纳筒的外壁上，且出水孔和喷嘴连通。

5、优选的，所述防脱限位件包括套环、预留口、连接插块、钢珠、斜面、穿口、挡条、弹力拉块、收纳槽、升降挡架、抠取槽以及橡胶夹圈，套环呈“凸”字形圆环结构，套环固定在隔板的底面，预留口开设在套环的外环面上，且预留口设有多个，多个预留口沿着套环的外环面排列分布，连接插块活动插接在预留口中，且连接插块的一端插入导轨槽中，导轨槽呈环形槽，导轨槽开设在收纳筒的外壁上。

6、优选的，所述连接插块的一端嵌入安装有多个钢珠，连接插块的另一端顶面开设有斜面，连接插块的表面开设有穿口，挡条贯穿穿口后固定在预留口的两个平行分布的侧壁上，挡条的表面固定有弹力拉块，弹力拉块的一端固定在收纳槽中，收纳槽开设在穿口的表面。

7、优选的，所述升降挡架套设在套环的外侧，升降挡架的外环面开设有抠取槽，抠取槽呈环形槽，橡胶夹圈套设且固定在套环的外环面上，橡胶夹圈设有多个，多个橡胶夹圈呈上下排列分布。

8、优选的，所述安装件包括安装架、安装槽一、安装槽二以及吊装架，安装槽一和安装槽二均开设在安装架的顶面，电机固定在安装槽一中，电机的轴体贯穿安装架后固定在牵引组件的顶部，安装槽二设有两组，两组安装槽二关于安装槽一对称分布，泵体固定在安装槽二中，吊装架呈“匚”字形板状结构，吊装架固定在安装架的顶面。

9、优选的，所述牵引组件包括牵引柄、轴承、安装口一以及填充柱，安装口一开设在隔板的表面，牵引柄贯穿安装口一，且牵引柄和安装口一之间固定有轴承，牵引柄的顶端固定在电机的轴体上，牵引柄的底端固定在填充柱的顶面，填充柱固定在收纳筒的底板上，且填充柱和收纳筒的内壁之间构成储液腔，收纳筒的内壁固定有薄膜传感器。

10、优选的，所述注射组件包括注水管、安装口二、密封圈以及引水管，注水管的一端固定在泵体的出水口，注水管的另一端贯穿安装口二后伸入收纳筒中，安装口二开设在隔板的表面，安装口二的内部固定有密封圈，密封圈套设在注水管的管体上，引水管固定在泵体的注水口上，且隔板的底面固定有红外感应器。

11、一种变异地层条件下注浆模拟实验装置用变异地层条件下注浆模拟实验方法，所述实验方法包括如下步骤：

12、将吊装架固定在吊装设备上，启动电机驱动收纳筒转动的同时，启动泵体向收纳筒内部注入水泥浆液，喷嘴跟随收纳筒旋转过程中，将水泥浆喷射在模拟槽的表面，且在模拟槽的表面构成喷射切割槽。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、本发明提出的变异地层条件下注浆模拟实验装置及方法通过泵体抽提水泥浆液通过喷射组件以高压形式喷出，高压喷出的水泥浆液在模拟槽中切割土体，并跟随收纳筒的转动，将土体和水泥浆液混合，水泥浆液固化后，模拟槽表面的切割槽中填充有固化后的水泥浆液，是的固化后的水泥浆液和模拟槽连接更加牢固。

技术特征：

1.一种变异地层条件下注浆模拟实验装置及方法，包括收纳筒(4)，收纳筒(4)伸入模拟槽(3)中，模拟槽(3)开设在变异土层(2)的顶面，变异土层(2)填充在地层模型透明箱(1)的内部，其特征在于：所述收纳筒(4)的顶端转动连接有隔板(7)，隔板(7)和收纳筒(4)之间设有防脱限位件，隔板(7)的顶面固定有围护管(20)，围护管(20)的顶端固定有安装件，安装件的上方安装有泵体(29)和电机(23)，电机(23)的轴体通过牵引组件带动收纳筒(4)转动，泵体(29)通过注射组件向收纳筒(4)内部注水，收纳筒(4)的表面安装有喷水组件。

2.根据权利要求1所述的一种变异地层条件下注浆模拟实验装置及方法，其特征在于：所述地层模型透明箱(1)呈方形框体结构，变异土层(2)的厚度小于地层模型透明箱(1)的槽体深度，且模拟槽(3)的高度小于变异土层(2)的厚度，喷水组件设有两组，两组喷水组件关于收纳筒(4)对称分布。

3.根据权利要求2所述的一种变异地层条件下注浆模拟实验装置及方法，其特征在于：所述喷水组件包括出水孔(5)和喷嘴(6)，出水孔(5)开设在收纳筒(4)的表面，出水孔(5)设有多个，多个出水孔(5)呈上下排列分布，喷嘴(6)和出水孔(5)一一对应，喷嘴(6)固定在收纳筒(4)的外壁上，且出水孔(5)和喷嘴(6)连通。

4.根据权利要求1所述的一种变异地层条件下注浆模拟实验装置及方法，其特征在于：所述防脱限位件包括套环(8)、预留口(9)、连接插块(10)、钢珠(11)、斜面(12)、穿口(13)、挡条(14)、弹力拉块(15)、收纳槽(16)、升降挡架(17)、抠取槽(18)以及橡胶夹圈(19)，套环(8)呈“凸”字形圆环结构，套环(8)固定在隔板(7)的底面，预留口(9)开设在套环(8)的外环面上，且预留口(9)设有多个，多个预留口(9)沿着套环(8)的外环面排列分布，连接插块(10)活动插接在预留口(9)中，且连接插块(10)的一端插入导轨槽(35)中，导轨槽(35)呈环形槽，导轨槽(35)开设在收纳筒(4)的外壁上。

5.根据权利要求4所述的一种变异地层条件下注浆模拟实验装置及方法，其特征在于：所述连接插块(10)的一端嵌入安装有多个钢珠(11)，连接插块(10)的另一端顶面开设有斜面(12)，连接插块(10)的表面开设有穿口(13)，挡条(14)贯穿穿口(13)后固定在预留口(9)的两个平行分布的侧壁上，挡条(14)的表面固定有弹力拉块(15)，弹力拉块(15)的一端固定在收纳槽(16)中，收纳槽(16)开设在穿口(13)的表面。

6.根据权利要求4所述的一种变异地层条件下注浆模拟实验装置及方法，其特征在于：所述升降挡架(17)套设在套环(8)的外侧，升降挡架(17)的外环面开设有抠取槽(18)，抠取槽(18)呈环形槽，橡胶夹圈(19)套设且固定在套环(8)的外环面上，橡胶夹圈(19)设有多个，多个橡胶夹圈(19)呈上下排列分布。

7.根据权利要求1所述的一种变异地层条件下注浆模拟实验装置及方法，其特征在于：所述安装件包括安装架(21)、安装槽一(22)、安装槽二(28)以及吊装架(34)，安装槽一(22)和安装槽二(28)均开设在安装架(21)的顶面，电机(23)固定在安装槽一(22)中，电机(23)的轴体贯穿安装架(21)后固定在牵引组件的顶部，安装槽二(28)设有两组，两组安装槽二(28)关于安装槽一(22)对称分布，泵体(29)固定在安装槽二(28)中，吊装架(34)呈“匚”字形板状结构，吊装架(34)固定在安装架(21)的顶面。

8.根据权利要求7所述的一种变异地层条件下注浆模拟实验装置及方法，其特征在于：所述牵引组件包括牵引柄(24)、轴承(25)、安装口一(26)以及填充柱(27)，安装口一(26)开设在隔板(7)的表面，牵引柄(24)贯穿安装口一(26)，且牵引柄(24)和安装口一(26)之间固定有轴承(25)，牵引柄(24)的顶端固定在电机(23)的轴体上，牵引柄(24)的底端固定在填充柱(27)的顶面，填充柱(27)固定在收纳筒(4)的底板上，且填充柱(27)和收纳筒(4)的内壁之间构成储液腔，收纳筒(4)的内壁固定有薄膜传感器(36)。

9.根据权利要求7所述的一种变异地层条件下注浆模拟实验装置及方法，其特征在于：所述注射组件包括注水管(30)、安装口二(31)、密封圈(32)以及引水管(33)，注水管(30)的一端固定在泵体(29)的出水口，注水管(30)的另一端贯穿安装口二(31)后伸入收纳筒(4)中，安装口二(31)开设在隔板(7)的表面，安装口二(31)的内部固定有密封圈(32)，密封圈(32)套设在注水管(30)的管体上，引水管(33)固定在泵体(29)的注水口上，且隔板(7)的底面固定有红外感应器(37)。

10.一种根据权利要求1-9任意一项所述的变异地层条件下注浆模拟实验装置用变异地层条件下注浆模拟实验方法，其特征在于：所述实验方法包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及土建施工技术领域，具体为一种变异地层条件下注浆模拟实验装置及方法，包括收纳筒，收纳筒伸入模拟槽中，模拟槽开设在变异土层的顶面，变异土层填充在地层模型透明箱的内部，所述收纳筒的顶端转动连接有隔板，隔板和收纳筒之间设有防脱限位件，隔板的顶面固定有围护管，围护管的顶端固定有安装件；有益效果为：本发明提出的变异地层条件下注浆模拟实验装置及方法通过泵体抽提水泥浆液通过喷射组件以高压形式喷出，高压喷出的水泥浆液在模拟槽中切割土体，并跟随收纳筒的转动，将土体和水泥浆液混合，水泥浆液固化后，模拟槽表面的切割槽中填充有固化后的水泥浆液，是的固化后的水泥浆液和模拟槽连接更加牢固。

技术研发人员：许再兴,曹瑞雪,郭磊磊,何金花,汪亦显,徐豹,郭盼盼,宋满荣,高媛,刘永丽,张桂友,汪伽宏,何敏玉,裴仁军
受保护的技术使用者：中铁四局集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15