[发明专利]弹性波辅助水泥注浆止水模型试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种弹性波辅助水泥注浆止水模型试验装置。

背景技术

在富水地层进行工程建设时，地下水往往影响工程施工的安全和顺利进行。例如：在承压含水层中进行基坑开挖时，承压水会冲击基坑底板，造成流砂或管涌，从而造成基坑围护结构失稳破坏；其次，当建筑物基础位于地下水位以下时，地下水对基础底面的浮托力会影响基础稳定性。另一方面，地下水对钢筋混凝土也有腐蚀作用，地下水中SO₄^2-离子与混凝土的Ca(OH)₂起反应生成水化硫铝酸钙，水化硫铝酸钙的体积约为原体积的221.86％，从而在混凝土中产生较大的内应力，造成地下结构破坏。可见，在施工中必须采取合适的止水措施确保工程建设的安全。

目前，注浆法是工程建设中防渗、堵漏、加固和纠正建筑物偏斜的有效方法。注浆法是将水泥浆材或化学浆材注入岩土地基的裂缝或孔隙中，用于改善其物理力学性质。化学浆材的粘度与水接近，被广泛应用于岩石细裂缝、中细砂层的防渗灌浆和动水堵漏。但是，化学浆材存在毒性、污染空气、污染地下水等缺点。实际上，自1824年波特兰水泥问世以后，水泥注浆便是工程建设中注浆止水的主要方法。但是，普通水泥由于颗粒较粗，一般只能灌注砂砾石或粒径较大孔隙，水泥浆液的可灌入性是目前存在的关键问题。

弹性波在岩土介质中传播使得孔隙中液体产生压力梯度，随之液体流动产生内耗直到孔隙梯度产生平衡，从而影响地下水渗流和颗粒运移。可见，弹性波在岩土介质中传播可以增加孔隙水压力，促进地下水和水泥浆液的运动。其次，高频弹性波(特别是超声波)作用在岩土介质将引起地下水中气泡迅速膨胀和闭合，在气泡闭合时产生冲击波，使得地下水中水泥颗粒变细，从而加快水化反应。因此，弹性波辅助水泥注浆技术，既可增强水泥浆液的迁移范围，又可加快止水效果。

为了研究弹性波辅助水泥注浆技术在真实富水地层条件下的止水效果，常规的室内注浆试验设备不能施加低频和高频弹性波、无法模拟真实地下水渗流条件、无法满足测试浆液运移规律的试验要求，已不能满足要求，研制弹性波辅助水泥注浆止水模型试验装置及方法显得尤为迫切和重要。

发明内容

本发明提供了弹性波辅助水泥注浆止水模型试验装置，其克服了背景技术中室内注浆试验设备所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：

弹性波辅助水泥注浆止水模型试验装置，包括模型试验箱、地下水注入系统、低频弹性波注浆系统、高频浆液强化系统和量测系统；该模型试验箱具有周侧壁和底壁，该周侧壁下周缘和底壁外周缘密封固接在一起，该周侧壁的两侧分别设有注水口和出水口，该模型试验箱内填充含水层砂土用于模拟真实的含水介质；该地下水注入系统设有与模型试验箱注水口相连的地下水注入管，用于将地下水注入模型试验箱，模拟真实的地下动水条件；该低频弹性波注浆系统插入模型试验箱内的含水介质中用于对模型试验箱内的含水介质注入水泥浆液；该高频浆液强化系统设置在模型试验箱的含水介质顶面用于加快含水介质中水泥浆液的水化反应，增强注浆效果；该量测系统包括多套量测小系统，该量测小系统与出水口相连，用于对含水介质中浆液迁移情况以及浆液对地下水污染程度进行量测。

一实施例之中：该周侧壁具有左侧壁和右侧壁；该左侧壁从上向下设有N排不同高度的注水口，每排有M个高度相等的注水口；该右侧壁从上向下设有N排不同高度的出水口，每排有M个高度相等的出水口；该左侧壁的注水口高度和右侧壁的对应排的出水口高度相等；该量测系统包括有N套的量测小系统，每套量测小系统与每排的M个出水口都通过硅胶管相连，用于对含水介质中同一深度处的浆液迁移情况以及浆液对地下水污染程度进行量测。

一实施例之中：该地下水注入系统包括一储水箱和N台蠕动泵；该每台蠕动泵通过M根硅胶管一端与模型试验箱左侧壁的同一高度的M个注水口相连，M根硅胶管另一端与储水箱相连，用于控制含水介质中同一深度的渗流速度相同；该N台蠕动泵通过硅胶管分别与N排不同高度的地下水注入口相连，用于控制不同深度含水介质的地下水流速。