[发明专利]一种地层注浆模拟系统

说明书

技术领域

本发明涉及地层注浆技术领域，尤其涉及一种地层注浆模拟系统。

背景技术

随着经济全球化的快速发展，作为决定和影响城市竞争力主要因素之一的城市交通基础设施状况是城市发展水平和文明程度的重要支撑，是城市经济和社会协调发展的物质条件。随着城市人口的不断增加，对城市交通基础设施需求也不断增加。我国从建国60年以来，随着城市人口率从10％发展至今天的50％，城市交通基础设施建设发生了翻天覆地的变化，尤其是作为首都的北京更是发生了日新月异的变化，北京城市交通基础设施建设进入了一个大规模的高速发展期，其中地下工程中的地铁在交通基础设施建设中处于了领先的地位，大量的地铁工程的建设有效缓解了大城市地面交通的拥堵状况。由于地下资源的日益紧张，越来越多的地下工程将在深埋条件下进行建设，或在特殊的地层中进行建设，势必将遇到诸多工程问题。如地下工程修建过程中不可避免会遇到松散自稳能力差地层，若遇地下水则易引起塌方事故，从而影响到地面、周边环境的安全。

注浆技术是一实践性极强的技术，主要解决软弱地层和地下水的处理，是地下工程的灵魂。该技术已经从地下工程领域延伸到建筑物纠偏下沉控制、塌方处理、地基加固、止水帷幕、防渗处理、路面整治、工程抢险等等方面，在各个领域中起到越来越主要的作用。

在埋深比较大地下工程，将会遇到承压水(甚至多层承压水)、渗透系数极大的卵漂石地层、富水(或具有承压性)的粉细砂地层，这些方面的注浆机理、注浆浆液的选择、注浆工艺等方面均没有很好的解决，另外在注浆效果的检测与评价及如何开挖等方面还存在很多问题。

注浆是一个复杂的系统工程，它的渗流过程和注浆效果是受注体、浆液和注浆工艺三方面共同作用的结果。目前，注浆渗流理论的研究不能完全反映受注地层的物理特征，大多数研究都是建立在单一牛顿流体稳定渗流的基础上的，难以真实地反映地层注浆过程；另外由于注浆工程的隐蔽性和地下工程围岩结构的复杂性，给注浆参数设计和注浆效果检验带来极大困难。实验室注浆模拟试验是确定注浆工程中注浆参数以及各因素对注浆效果影响规律的有效途径和方法之一。因此，模拟注浆实验是研究岩土体注浆的必不可少的重要手段。

国内外在注浆领域的研究队伍逐渐扩大，日本研究机构有东京大学、京都大学等；美国从事注浆的研究机构有西北大学、斯坦福大学等；德国从事注浆的研究机构有柏林大学、慕尼黑大学等；另外俄罗斯、英国也有类似的研究机构。国外在注浆技术方面极为先进，但由于成本太高，很难在国内推广应用。

国内从事注浆方面的研究机构主要集中在水利部门、煤炭部门，清华大学、中国矿业大学、东北大学、中南工业大学也开展了这方面研究工作建立了实验室。如中国水利水电科学院研制开发了平板型注浆实验台，建立了非牛顿流体在水平光滑裂隙面内的扩散方程，得出了扩散半径和注浆压力、浆液粘度及注浆时间之间的关系；在中国矿业大学进行了岩体单裂隙和裂隙网络模拟注浆试验。设计的注浆试验台主要包括有压力机、稳压器、氮气瓶(稳压源)、注浆器、千斤顶以及注浆模拟实验盒。实验盒尺寸为80cm×40cm×40cm，用玻璃板模拟上下裂隙面的面板；东北大学研制了槽形反扁圆柱状试验台,并用它研究了多孔介质体中注浆渗流过程的压力分布及其随扩散距离而衰减的规律。中南大学进行了砂卵石地层中的注浆模拟试验，试验装置是结合实际情况自行研制的，由五部分组成:钢结构架、可移动板和有机玻璃板、振动台、注浆设备和量测系统。试验模型主要由砂、卵砾石经过不同的配比组合而成，经试验台振动密实，模拟砂卵(砾)石层。淮南矿业学院实验室模具由四块钢板组成，上下钢板厚度为35mm，两侧钢板厚度为40mm,为了增加模具的刚度，在上下钢板上焊接加强槽钢，该模具内尺寸为520mm×400mm×80mm，外观尺寸为600mm×400mm×234mm。注浆器由缸体和活塞组成，装浆量为1100mL，液压千斤顶的额定承载能力为80kN，注浆花管总长为200mm，注浆段为70mm，内径15mm，外径211mm，射浆孔孔径为8mm，液压稳压器提供模型致裂载荷和注浆压力，固定框架是用于固定模型加载、注浆的装置。

然而，现有的注浆模拟装置尺寸较小，尺寸效应极为明显；无法模拟开挖过程；无法模拟深埋地下环境；无法模拟动水及渗流环境。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种成本较低且可模拟开挖过程、深埋地下环境、动水及渗流环境的地层注浆模拟系统。

(二)技术方案