本發(fā)明涉及地下工程災(zāi)害防治領(lǐng)域，特別涉及一種模擬不同水壓下隧道滲流注漿加固測試裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、穿越不良地質(zhì)體和地層結(jié)構(gòu)界面通常成為海底隧道建設(shè)的控制性工程，直接影響到施工安全，若處理不當(dāng)將誘發(fā)災(zāi)難而導(dǎo)致工程失敗。為了實現(xiàn)不良地質(zhì)段圍巖巖體的穩(wěn)定性控制，注漿加固技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，對工程安全和質(zhì)量保障起到了重要作用，也有力地促進了水下隧道和水地層隧道建造技術(shù)的持續(xù)進步和快速發(fā)展。

2、注漿是處理不良地質(zhì)改善圍巖條件的有效手段，目前已在鐵路、公路、水利、礦山等多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，目前大多數(shù)的模型試驗都采用均質(zhì)的巖土體進行試驗，無法考慮巖體在不同水壓環(huán)境下對漿液擴散及漿液加固效果的影響。另一方法，通過不同的注漿材料加固層狀巖體，試樣養(yǎng)護后進行單軸和常規(guī)的三軸試驗，獲得試樣的物理力學(xué)參數(shù)，定量的評價注漿加固效果，該方法側(cè)重于加固體的力學(xué)性質(zhì)分析，不能直觀的展現(xiàn)漿液在裂縫中的擴散和封堵過程，此外，該方法沒有考慮初始地應(yīng)力和水壓力的影響，難以應(yīng)用于不同地應(yīng)力和不同水壓力作用下的層狀巖體的注漿加固效果。

3、另一方面，目前國內(nèi)的注漿加固效果評價主要有四類方法，分別是分析評價法、鉆孔檢查法、開挖取樣法和物探法。分析評價法主要為p-q-t曲線法，該方法過程復(fù)雜且對加固效果的分析僅為定性分析。鉆孔檢查法包括鉆孔電視法、取芯率法和滲透系數(shù)法。鉆孔電視法通過觀察孔壁圍巖的完整性及裂隙充填情況來判斷注漿效果；提取率法通過測量巖體芯樣提取率的高低、破碎度和含水情況等對加固效果作出定性評價；滲透系數(shù)法的操作為在鉆孔內(nèi)進行注水，通過測試滲透系數(shù)是否下降來對注漿效果進行評價。開挖取樣法包括力學(xué)參數(shù)對比法和加固效果觀察法，力學(xué)參數(shù)對比法通過測試對比注漿前后地層含水率、壓縮模量、抗壓強度等力學(xué)參數(shù)的變化來反映圍巖強度是否提升，從而評價注漿加固效果；加固效果觀察法通過觀察檢測孔是否存在涌泥、涌水和塌孔等現(xiàn)象來定性評價加固效果。鉆孔檢查法和開挖取樣法均需要對結(jié)構(gòu)進行鉆孔，若鉆孔過少難以評價整體，鉆孔過多會對結(jié)構(gòu)造成破壞。物探法主要是通過儀器測量地層注漿前后波速和電阻率變化來評價注漿效果，物探法勘測深度較大，測量結(jié)果受環(huán)境干擾嚴重，開發(fā)出一種操作簡便、可以準確評價注漿效果加固裝置評價方法就顯得尤為重要。

4、因此，亟需一種模擬不同水壓水下隧道滲流注漿加固測試裝置及試驗方法，能模擬不同地應(yīng)力和不同水壓力作用下層狀巖體注漿加固效果，獲取最佳注漿路徑，并能準確評價注漿加固效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種能模擬不同地應(yīng)力和不同水壓力作用下層狀巖體注漿路徑規(guī)劃、加固，并能準確評價注漿加固效果的模擬不同水壓下隧道滲流注漿加固測試裝置及方法。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種模擬不同水壓下隧道滲流注漿加固測試裝置，包括地應(yīng)力加載裝置、注漿模型裝置、注水裝置、注漿裝置、監(jiān)測裝置、注漿加固效果裝置；所述注漿模型裝置包括至少一側(cè)面可以移動的箱體，箱體設(shè)有透明注漿觀測板、注漿孔、出水孔以及巖體；所述地應(yīng)力加載裝置包括對箱體可以移動側(cè)面施加壓力的壓力機；所述注水裝置包括高度可以調(diào)節(jié)的水箱，水箱通過注水管連接箱體對巖體形成不同的地下水壓；所述注漿裝置包括鉆入巖體內(nèi)的注漿鋼管，注漿鋼管徑向開設(shè)沿軸向排列的注漿口；所述監(jiān)測裝置通過連接傳感器的感應(yīng)線實時監(jiān)測注漿參數(shù)，注漿參數(shù)至少包括注漿壓力和流量；所述注漿加固效果裝置包括注漿壓力為零的注漿效果觀測管，注漿效果觀測管內(nèi)部嵌入巖體，嵌入巖體的孔隙度僅限注漿漿液進入，根據(jù)注漿效果觀測管流出注漿漿液濃度用以實時評判注漿效果。本發(fā)明模擬不同水壓下隧道滲流注漿加固測試裝置采用地應(yīng)力加載裝置、注水裝置模擬地下巖體的受力環(huán)境，真實還原施工現(xiàn)場環(huán)境情況，通過注漿模型裝置、注漿裝置模擬現(xiàn)場注漿情況，根據(jù)注漿加固效果裝置獲取接近真實的注漿效果，而監(jiān)測裝置獲取的數(shù)據(jù)用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工，大大提高了地下復(fù)雜環(huán)境巖體在隧道開掘過程中滲流注漿加固效果，節(jié)約注漿量，避免過度注漿。

3、所述的箱體由鋼板相互密閉連接構(gòu)成，箱體頂部設(shè)有移動鋼板，移動鋼板設(shè)有注水口，箱體側(cè)面的鋼板設(shè)有上下設(shè)置的注漿孔和出水孔，注漿孔和出水孔之間設(shè)置透明注漿觀測板，便于觀測注漿漿液的注漿效果。

4、所述壓力機通過液壓頂桿連接壓力板，壓力板對移動鋼板施加壓力，用于模擬巖體所受到的地應(yīng)力。

5、所述水箱連接環(huán)鏈葫蘆，環(huán)鏈葫蘆驅(qū)動水箱上下運動，用于模擬形成不同水壓的地下水系環(huán)境。

6、所述注漿鋼管通過第一注漿管連接氣泵以及第一注漿桶內(nèi)的第一注漿泵，所述第一注漿管連接有第二注漿管，第二注漿管連接氣泵以及第二注漿桶內(nèi)的第二注漿泵。

7、所述第一注漿桶內(nèi)設(shè)有第一攪拌機，用于均勻混合注漿漿液。所述第二注漿桶內(nèi)設(shè)有第二攪拌機，用于均勻混合注漿漿液。

8、所述監(jiān)測裝置包括傳感器，傳感器包括應(yīng)力計、應(yīng)變計、流速儀和壓力監(jiān)測計；所述應(yīng)力計放置于注漿模型裝置中，所述應(yīng)變計粘貼在箱體內(nèi)壁，所述流速儀放置于注水管、注漿鋼管以及出水孔連接的管路上，所述壓力監(jiān)測計放置于第一注漿管內(nèi)。監(jiān)測裝置實現(xiàn)了注漿模型裝置中巖體的應(yīng)力以及應(yīng)力變化情況，具有壓力、注水、注漿的流量變化情況，實現(xiàn)還原巖體在賦存地下環(huán)境中水汽含量、地應(yīng)力變化情況，為實際現(xiàn)場的注漿工作提供精確的數(shù)據(jù)支撐。

9、所述的注水口與注水管通過環(huán)氧樹脂ab膠密封，所述的注漿孔與注漿鋼管通過環(huán)氧樹脂ab膠密封，防止水和注漿漿液外泄。

10、一種模擬不同水壓下隧道滲流注漿加固測試方法，包括以下步驟：

11、（1）準備注漿模型裝置，注漿模型裝置箱體的四個側(cè)板和底板通過高強螺栓連接，接縫處采用橡膠墊圈進行密封，保證箱體的不透水性；

12、（2）將巖體放進敞口的箱體內(nèi)，而后將移動鋼板跟箱體密閉連接；

13、（3）注水裝置通過注水管往注漿模型裝置中注水，調(diào)節(jié)水箱高度，對巖體形成不同的地下水壓，模擬施工現(xiàn)場的地下水壓環(huán)境；

14、（4）開啟地應(yīng)力加載裝置，通過地應(yīng)力加載裝置的壓力板對移動鋼板施加壓力進行加載，模擬巖體在施工現(xiàn)場地下的地應(yīng)力；

15、（5）準備注漿裝置，注漿鋼管鉆入巖體內(nèi)，注漿鋼管連接第一注漿管，將注漿漿液往注漿模型裝置中通過注漿鋼管的注漿孔輸送；當(dāng)注漿效果觀測管有漿液流出，注漿效果觀測管和注漿鋼管內(nèi)安裝的流量計顯示注漿效果觀測管和注漿鋼管流量相近時，停止注漿；

16、（6）監(jiān)測裝置實時監(jiān)測注漿參數(shù)，并將最終完成注漿加固的注漿參數(shù)記錄用于指導(dǎo)施工現(xiàn)場不同水壓下隧道滲流注漿加固。

17、所述步驟中對巖體形成不同的地下水壓，人工設(shè)置人工水頭，通過人工水頭引導(dǎo)注漿漿液按照需要定向流動，通過觀察注漿效果觀測管流出漿液的濃度，用以實時判斷注漿加固效果。人工水頭也就是人工設(shè)置的地下水壓，通過不同的水壓引導(dǎo)注漿漿液按照需要定向流動，提高注漿效果。

18、所述步驟中注漿鋼管為兩個或者兩個以上，上下均勻分布，注漿壓力大于賦存環(huán)境水壓,避免巖層坍塌。

19、采用上述的技術(shù)方案，該一種模擬不同水壓下隧道滲流注漿加固測試裝置及方法通過注漿模型裝置由地應(yīng)力加載裝置、注水裝置模擬施工現(xiàn)場不同水壓下巖體賦存含水量以及水頭，還原施工巖體環(huán)境由注漿鋼管通過注漿裝置向巖體注漿，并通過注漿加固效果裝置評價注漿效果，同時由監(jiān)測裝置獲取最佳的注漿參數(shù)。

20、本發(fā)明注漿加固測試裝置為實踐工程中對用于加固止水的注漿效果提供一種快速有效的評判手段，能夠模擬不同地應(yīng)力和水壓力共同作用下不同注漿壓力的注漿加固效果，整體操作方便，結(jié)構(gòu)簡單，測試準確。