本發(fā)明涉及巖土工程專業(yè)室內(nèi)注漿試驗(yàn)領(lǐng)域，特別是涉及一種測(cè)試水下巖溶注漿材料抗分散性質(zhì)的裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

盾構(gòu)隧道穿越巖溶地層時(shí)，經(jīng)常面臨掌子面失穩(wěn)、盾構(gòu)下沉及局部液化等工程事故，而壓力注漿是工程實(shí)踐中廣泛采用的巖溶處理手段。在動(dòng)水巖溶治理工程中，傳統(tǒng)水泥單液漿穩(wěn)定性差，巖溶水下易于沖蝕，難于達(dá)到加固防滲要求，注漿漿液是否具有良好的巖溶水下抗分散性質(zhì)與留存體物理力學(xué)性能是巖溶區(qū)水下盾構(gòu)隧道施工和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的重要保障。

現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于如何科學(xué)評(píng)價(jià)巖溶水環(huán)境下漿液抗分散性及留存漿液的基本性能，尚還沒有一整套完善的室內(nèi)試驗(yàn)裝置，因此開發(fā)出一種測(cè)試水下巖溶注漿材料抗分散性質(zhì)的裝置及其使用方法，來進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)以模擬漿液在巖溶水環(huán)境下的工作性能，為工程應(yīng)用提供試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭巍?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有方法的不足，本發(fā)明提供了一種測(cè)試水下巖溶注漿材料抗分散性質(zhì)的裝置及其使用方法，所提供的方案簡(jiǎn)易可行，能夠測(cè)試巖溶水環(huán)境下漿液的抗分散性及巖溶體留存漿液的基本性能，完成多種漿液性能的比較等工作，方法簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)適用，便于室內(nèi)試驗(yàn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種測(cè)試水下巖溶注漿材料抗分散性質(zhì)的裝置及其使用方法，其特征在于，包括巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)、可視化巖溶系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)以及廢液收集和量測(cè)系統(tǒng)四個(gè)系統(tǒng)；巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)連接于可視化巖溶系統(tǒng)的進(jìn)水端，注漿系統(tǒng)連接于可視化巖溶系統(tǒng)的巖溶體中，待得巖溶水完全充填于可視化巖溶系統(tǒng)中時(shí)，通過注漿系統(tǒng)對(duì)巖溶體進(jìn)行注漿，由巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)控制巖溶水的流速，注漿系統(tǒng)控制注漿壓力，廢液通過可視化巖溶系統(tǒng)的尾端流出，進(jìn)入廢液收集和量測(cè)系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)，包括空壓機(jī)、高壓軟管、巖溶水儲(chǔ)蓄罐、巖溶水和進(jìn)水口閥門；所述空壓機(jī)通過所述高壓軟管連接于所述巖溶水儲(chǔ)蓄罐的頂端，所述巖溶水裝于所述巖溶水儲(chǔ)蓄罐內(nèi)，所述巖溶水儲(chǔ)蓄罐的底端用所述高壓軟管引出，在引出的所述高壓軟管的中間設(shè)置有所述進(jìn)水口閥門，連接好后檢查裝置氣密性，由所述空壓機(jī)提供壓力，使得所述巖溶水儲(chǔ)蓄罐內(nèi)的所述巖溶水從所述高壓軟管流出，所述進(jìn)水口閥門用于控制巖溶水的流出速度。

進(jìn)一步的，所述可視化巖溶系統(tǒng)，包括絲扣、承臺(tái)、出水口閥門、巖溶體、滿布孔洞玻璃板、槽鋼、可視化水槽槽蓋、密封橡皮圈和可視化水槽箱體；所述可視化水槽箱體置于所述承臺(tái)上以便于試驗(yàn)觀察，所述可視化水槽箱體的內(nèi)部固定位置處設(shè)置有所述槽鋼，所述滿布孔洞玻璃板插入所述槽鋼的凹槽內(nèi)固定，構(gòu)成溶洞空間，將所述巖溶體置于其內(nèi)，待箱體內(nèi)充滿所述巖溶水時(shí)模擬巖溶效應(yīng)；所述可視化水槽箱體的兩端設(shè)置有所述絲扣，一端連接了所述進(jìn)水口閥門，另一端連接了所述出水口閥門，以連通所述巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)和所述廢液收集和量測(cè)系統(tǒng)；所述可視化水槽槽蓋的頂部中間處也設(shè)置有所述絲扣用以連接所述注漿系統(tǒng)，此處所述絲扣底端伸入溶洞內(nèi)部一定距離以便注漿漿液進(jìn)入所述巖溶體，所述可視化水槽槽蓋與所述可視化水槽箱體扣合處設(shè)置有所述密封橡皮圈，保證扣合后可視化巖溶系統(tǒng)的密封性。。

進(jìn)一步的，所述注漿系統(tǒng)，包括注漿軟管、漿液儲(chǔ)蓄罐、壓力表、進(jìn)漿口和注漿泵；注漿漿液通過所述進(jìn)漿口注入所述漿液儲(chǔ)蓄罐中，所述漿液儲(chǔ)蓄罐的端部連接了所述注漿泵為其提供注漿壓力，所述漿液儲(chǔ)蓄罐頂部連接了所述壓力表以實(shí)時(shí)監(jiān)控所述注漿泵的注漿壓力，最后漿液通過所述注漿軟管連接于所述可視化水槽槽蓋頂部的所述絲扣上，使得試驗(yàn)漿液注出到所述可視化巖溶系統(tǒng)的巖溶體中。

進(jìn)一步的，所述廢液收集和量測(cè)系統(tǒng)，包括廢液收集桶、廢液、電子秤、環(huán)刀、取樣刀和秒表；所述電子秤稱量放入溶洞前的巖溶體的質(zhì)量，在所述巖溶水對(duì)溶洞內(nèi)的巖溶體作用的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行注漿，完成注漿后所述廢液在所述可視化巖溶系統(tǒng)的尾部通過所述出水口閥門排出，排出的所述廢液收集于所述廢液收集桶中，待得所述可視化巖溶系統(tǒng)的廢液收集端巖溶液清晰透明時(shí)完成試驗(yàn)，用所述秒表記錄下所用時(shí)間，拆除裝置，取出巖溶體，再用所述電子秤稱量其質(zhì)量，用所述環(huán)刀和所述取樣刀對(duì)其完成取樣，進(jìn)行物理力學(xué)性能試驗(yàn)，評(píng)價(jià)其注漿效果與漿液的抗分散性能。

進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供一種如上所述的一種測(cè)試水下巖溶注漿材料抗分散性質(zhì)的裝置的使用方法，包括如下步驟：

步驟1)：裝置安裝，完成所述溶水供應(yīng)系統(tǒng)、所述可視化巖溶系統(tǒng)、所述注漿系統(tǒng)和所述廢液收集和量測(cè)系統(tǒng)的連接，所述巖溶體選擇飽和淤泥類或常見細(xì)砂類并放入溶洞內(nèi)，放入前先稱量所述巖溶體的質(zhì)量，檢查所述巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)、所述可視化巖溶系統(tǒng)和所述注漿系統(tǒng)的氣密性；

步驟2)：先在所述巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)中的所述巖溶水儲(chǔ)蓄罐中注入清水，對(duì)所述可視化巖溶系統(tǒng)進(jìn)行清水充填，調(diào)節(jié)所述空壓機(jī)、所述進(jìn)水口閥門和所述出水口閥門，使得可視化水槽內(nèi)充填滿清水并通過浮標(biāo)法將其調(diào)至恒定流速v(0.2m/s、0.5m/s、0.8m/s)，使得所述巖溶體被充分潤(rùn)濕至飽和狀態(tài)，然后對(duì)其進(jìn)行試注漿，漿液也選擇清水試注，以完成氣密性檢測(cè)；

步驟3)：待得步驟2)完成后，將所述巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)中的清水排出，換入配制好的模擬用所述巖溶水，所述巖溶水準(zhǔn)備充分，可及時(shí)對(duì)所述巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充，將所述可視化巖溶系統(tǒng)中的清水排出，所述注漿系統(tǒng)中的清水也排出，換入測(cè)試用注漿漿液，控制注漿漿液量一定，排除工作和加試驗(yàn)用品完成后進(jìn)行試驗(yàn)；

步驟4)：重復(fù)步驟2)所述的試驗(yàn)過程，當(dāng)漿液注入完成后，觀察可視化水槽尾部的水流，當(dāng)尾部水流清澈時(shí)，記錄下從開始注漿到水流清澈穩(wěn)定后所耗時(shí)間，關(guān)閉所述進(jìn)水口閥門，關(guān)閉所述空壓機(jī)，泄排掉儲(chǔ)水罐、管道及可視化水槽內(nèi)的所述巖溶水，將所述巖溶體取出，稱量其質(zhì)量，對(duì)其進(jìn)行物理力學(xué)性能測(cè)試。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備的技術(shù)效果為：

上述的實(shí)驗(yàn)裝置組裝完畢連成一體后，可以有效模擬在巖溶水作用下注漿漿液的抗分散性能，當(dāng)注漿漿液注入巖溶體后在巖溶水作用下穩(wěn)定后，取出留存體，用環(huán)刀法取樣測(cè)出留存體的強(qiáng)度以評(píng)價(jià)漿液的效果，為工程應(yīng)用提供準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。

附圖說明

圖1是一種測(cè)試水下巖溶注漿材料抗分散性質(zhì)的裝置組裝后的截面示意圖；

圖2是一種測(cè)試水下巖溶注漿材料抗分散性質(zhì)的裝置的可視化系統(tǒng)箱體組裝示意圖；

圖3是一種測(cè)試水下巖溶注漿材料抗分散性質(zhì)的裝置的可視化系統(tǒng)箱蓋組裝示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

結(jié)合圖1至圖3，本發(fā)明提供了一種測(cè)試水下巖溶注漿材料抗分散性質(zhì)的裝置及其使用方法，包括巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)1、可視化巖溶系統(tǒng)2、注漿系統(tǒng)3以及廢液收集和量測(cè)系統(tǒng)4四個(gè)系統(tǒng)；巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)1連接于可視化巖溶系統(tǒng)2的進(jìn)水端，注漿系統(tǒng)3連接于可視化巖溶系統(tǒng)2的巖溶體中，待得巖溶水完全充填于可視化巖溶系統(tǒng)2中時(shí)，通過注漿系統(tǒng)3對(duì)巖溶體進(jìn)行注漿，由巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)1控制巖溶水的流速，注漿系統(tǒng)3控制注漿壓力，廢液通過可視化巖溶系統(tǒng)2的尾端流出，進(jìn)入廢液收集和量測(cè)系統(tǒng)4。

所述巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)1包括空壓機(jī)11、高壓軟管12、巖溶水儲(chǔ)蓄罐13、巖溶水14和進(jìn)水口閥門15；所述空壓機(jī)11通過所述高壓軟管12連接于所述巖溶水儲(chǔ)蓄罐13的頂端，所述巖溶水14裝于所述巖溶水儲(chǔ)蓄罐13內(nèi)，所述巖溶水儲(chǔ)蓄罐13的底端用所述高壓軟管12引出，在引出的所述高壓軟管12的中間設(shè)置有所述進(jìn)水口閥門15，連接好后檢查裝置氣密性，由所述空壓機(jī)11提供壓力，使得所述巖溶水儲(chǔ)蓄罐13內(nèi)的所述巖溶水14從所述高壓軟管12流出，所述進(jìn)水口閥門15用于控制巖溶水的流出速度。

所述可視化巖溶系統(tǒng)2包括絲扣21、承臺(tái)22、出水口閥門23、巖溶體24、滿布孔洞玻璃板25、槽鋼26、可視化水槽槽蓋27、密封橡皮圈28和可視化水槽箱體29；所述可視化水槽箱體29置于所述承臺(tái)22上以便于試驗(yàn)觀察，所述可視化水槽箱體29的內(nèi)部固定位置處設(shè)置有所述槽鋼26，所述滿布孔洞玻璃板25插入所述槽鋼26的凹槽內(nèi)固定，構(gòu)成溶洞空間，將所述巖溶體24置于其內(nèi)，待箱體內(nèi)充滿所述巖溶水14時(shí)模擬巖溶效應(yīng)；所述可視化水槽箱體29的兩端設(shè)置有所述絲扣21，一端連接了所述進(jìn)水口閥門15，另一端連接了所述出水口閥門23，以連通所述巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)1和所述廢液收集和量測(cè)系統(tǒng)4；所述可視化水槽槽蓋27的頂部中間處也設(shè)置有所述絲扣21用以連接所述注漿系統(tǒng)3，此處所述絲扣21底端伸入溶洞內(nèi)部一定距離以便注漿漿液進(jìn)入所述巖溶體24，所述可視化水槽槽蓋27與所述可視化水槽箱體29扣合處設(shè)置有所述密封橡皮圈28，保證扣合后可視化巖溶系統(tǒng)2的密封性。

所述注漿系統(tǒng)3包括注漿軟管31、漿液儲(chǔ)蓄罐32、壓力表33、進(jìn)漿口34和注漿泵35；注漿漿液通過所述進(jìn)漿口34注入所述漿液儲(chǔ)蓄罐32中，所述漿液儲(chǔ)蓄罐32的端部連接了所述注漿泵35為其提供注漿壓力，所述漿液儲(chǔ)蓄罐32頂部連接了所述壓力表33以實(shí)時(shí)監(jiān)控所述注漿泵35的注漿壓力，最后漿液通過所述注漿軟管31連接于所述可視化水槽槽蓋27頂部的所述絲扣21上，使得試驗(yàn)漿液注出到所述可視化巖溶系統(tǒng)2的巖溶體中。

所述廢液收集和量測(cè)系統(tǒng)4包括廢液收集桶41、廢液42、電子秤43、環(huán)刀44、取樣刀45和秒表46；所述電子秤43稱量放入溶洞前的巖溶體的質(zhì)量，在所述巖溶水14對(duì)溶洞內(nèi)的巖溶體作用的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行注漿，完成注漿后所述廢液42在所述可視化巖溶系統(tǒng)2的尾部通過所述出水口閥門23排出，排出的所述廢液42收集于所述廢液收集桶41中，待得所述可視化巖溶系統(tǒng)2的廢液收集端巖溶液清晰透明時(shí)完成試驗(yàn)，用所述秒表46記錄下所用時(shí)間，拆除裝置，取出巖溶體，再用所述電子秤43稱量其質(zhì)量，用所述環(huán)刀44和所述取樣刀45對(duì)其完成取樣，進(jìn)行物理力學(xué)性能試驗(yàn)，評(píng)價(jià)其注漿效果與漿液的抗分散性能。

一種測(cè)試水下巖溶注漿材料抗分散性質(zhì)的裝置及其使用方法，包括如下步驟：

步驟1)：裝置安裝，完成所述巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)1、所述可視化巖溶系統(tǒng)2、所述注漿系統(tǒng)3和所述廢液收集和量測(cè)系統(tǒng)4的連接，所述巖溶體24選擇飽和淤泥類或常見細(xì)砂類并放入溶洞內(nèi)，放入前先稱量所述巖溶體24的質(zhì)量，檢查所述巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)1、所述可視化巖溶系統(tǒng)2和所述注漿系統(tǒng)3的氣密性；

步驟2)：先在所述巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)1中的所述巖溶水儲(chǔ)蓄罐13中注入清水，對(duì)所述可視化巖溶系統(tǒng)2進(jìn)行清水充填，調(diào)節(jié)所述空壓機(jī)11、所述進(jìn)水口閥門15和所述出水口閥門23，使得可視化水槽內(nèi)充填滿清水并通過浮標(biāo)法將其調(diào)至恒定流速v(0.2m/s、0.5m/s、0.8m/s)，使得所述巖溶體24被充分潤(rùn)濕至飽和狀態(tài)，然后對(duì)其進(jìn)行試注漿，漿液也選擇清水試注，以完成氣密性檢測(cè)；

步驟3)：待得步驟2)完成后，將所述巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)1中的清水排出，換入配制好的模擬用所述巖溶水14，所述巖溶水14準(zhǔn)備充分，可及時(shí)對(duì)所述巖溶水供應(yīng)系統(tǒng)1進(jìn)行補(bǔ)充，將所述可視化巖溶系統(tǒng)2中的清水排出，所述注漿系統(tǒng)3中的清水也排出，換入測(cè)試用注漿漿液，控制注漿漿液量一定，排除工作和加試驗(yàn)用品完成后進(jìn)行試驗(yàn)；

步驟4)：重復(fù)步驟2)所述的試驗(yàn)過程，當(dāng)漿液注入完成后，觀察可視化水槽尾部的水流，當(dāng)尾部水流清澈時(shí)，記錄下從開始注漿到水流清澈穩(wěn)定后所耗時(shí)間，關(guān)閉所述進(jìn)水口閥門15，關(guān)閉所述空壓機(jī)11，泄排掉儲(chǔ)水罐、管道及可視化水槽內(nèi)的所述巖溶水14，將所述巖溶體24取出，稱量其質(zhì)量，對(duì)其進(jìn)行物理力學(xué)性能測(cè)試。

本試驗(yàn)測(cè)試漿液的抗分散性和不同漿液性能的比較方法為：

(1)試驗(yàn)前稱量所述巖溶體24和注漿漿液的質(zhì)量，試驗(yàn)結(jié)束后，拆除整體裝置，稱量所述巖溶體24的質(zhì)量，比較其與試驗(yàn)前巖溶體和漿液質(zhì)量總和的大小，求出其殘留量，對(duì)殘留巖溶體進(jìn)行物理力學(xué)性能試驗(yàn)，測(cè)出其性能參數(shù)，評(píng)價(jià)注漿漿液效果。

(2)控制所述巖溶水14的流速，選用不同水固比的注漿漿液，通過秒表記錄其分別從開始注漿到穩(wěn)定所需的時(shí)間，比較其時(shí)間和殘留所述巖溶體24的物理力學(xué)性能，求出漿液水固比與抗分散性能的關(guān)系。

(3)控制注漿漿液的水固比不變，改變所述巖溶水14的流速，通過秒表記錄其分別從開始注漿到穩(wěn)定所需的時(shí)間，比較其時(shí)間和殘留所述巖溶體24的物理力學(xué)性能，求出巖溶水流速與漿液抗分散性能的關(guān)系。

需要說明的是，在本文中，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。