[发明专利]注浆改造岩土体渗透性能智能测量试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种注浆改造岩土体渗透性能智能测量试验装置，其特征是，包括试验筒，所述试验筒包括上下开口的筒体，所述筒体由三个相同的瓣膜连接组成，筒体上下部分别设置有顶盖和底盖，所述顶盖中部设置有与外部进水装置相连通的开口，底盖为圆环形，底盖的中心圆口下部对应设置有漏斗，顶盖、底盖和漏斗的上边缘上对应设置有多个螺栓孔，密封螺栓穿过前述螺栓孔将顶盖、底盖、筒体和漏斗固定连接在一起；

所述漏斗的出口连接出水管道，出水管道上连接有金属管浮子流量计，出水管道出口对应设置有烧杯；

所述外部进水装置上设置有压力控制器，压力控制器和金属管浮子流量计均通过无线模块与控制装置相连。

2.如权利要求1所述的注浆改造岩土体渗透性能智能测量试验装置，其特征是，所述试验筒顶盖中间薄，周边厚，成倒凹字形，与筒体上端接触处设置有一密封环，保证密封性。

3.如权利要求1所述的注浆改造岩土体渗透性能智能测量试验装置，其特征是，所述顶盖边缘对称设置有两个向下折弯固定耳，筒体的顶部设有两个与固定耳相对应向筒体内部凹进去的耳槽，固定耳和耳槽配合，方便顶盖与筒体对正安装，起到定位及限位作用。

4.如权利要求1所述的注浆改造岩土体渗透性能智能测量试验装置，其特征是，所述顶盖的开口为圆孔，圆孔中设置有中空螺钉。

5.如权利要求4所述的注浆改造岩土体渗透性能智能测量试验装置，其特征是，所述外部进水装置包括供水箱，供水箱内有水，供水箱上设有与其内部连通的进气口和出水口，出水口通过上水管与顶盖的中空螺钉连接，实现供水箱与试验筒的连通，上水管上设置有第二压力控制器；进气口通过气压管道与氮气瓶连通，由氮气瓶提供供水箱的上水压力，气压管道上连接有第一压力控制器。

6.如权利要求5所述的注浆改造岩土体渗透性能智能测量试验装置，其特征是，所述上水管一端伸入到供水箱内底部。

7.如权利要求1所述的注浆改造岩土体渗透性能智能测量试验装置，其特征是，所述试验筒设置于圆台形支架上，圆台形支架由不锈钢焊制而成。

8.如权利要求1所述的注浆改造岩土体渗透性能智能测量试验装置，其特征是，所述控制装置为计算机。

9.如权利要求1所述的注浆改造岩土体渗透性能智能测量试验装置，其特征是，所述试验筒和漏斗均由有机玻璃制成，所述试验筒顶盖由透明塑料制成。

10.一种利用注浆改造岩土体渗透性能智能测量试验装置的试验方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1)加工注浆加固体：若是按照土工试验标准制成的试件：直径为48-52mm，高度为98-100mm，则不需要加工；若是从其他注浆试验加固体中取出的部分试样则需加工成上述标准；

步骤2)试验装置初步组装：先将底盖与漏斗连接，将四个密封螺杆穿过螺栓孔，放置在圆台形支架上，将三瓣膜试验筒密封安装；出水管道上安装金属管浮子流量计，出水管道连接漏斗底部；氮气瓶与气压管道相连，中间接第一压力控制器，而后气压管道与供水箱上的进气口相连，供水箱出水口连接上水管，上水管上接有第二压力控制器，上水管再连接顶盖中心的开口，至此，试验装置初步组装完成；

步骤3)放置试样注入复合水泥浆液：将加工好的加固体试样放置在底盖上，人为固定加固体试样；至此，试验筒与加固体试件形成环形空间，在此环形空间中注入抗渗性高，凝胶时间短的复合水泥浆液，保证浆液在短时间内凝胶成抗渗性好的阻隔层；复合水泥浆液中包括水、普通水泥和添加剂，三者质量比为0.6:1:0.005，添加剂为质量比例为0.05:0.05:1的三乙醇胺、二乙醇胺和氯化钠；

步骤4)密封装置：静置，复合水泥浆液未凝固之前盖上顶盖，将漏斗、顶盖上的密封螺母拧紧，形成密封环境；至此，试验装置全部组装且密封完毕；

步骤5)开展渗透系数测量试验：供水箱内加满水，待水泥终凝后，通过控制装置控制第一压力控制器使氮气瓶提供压力，供水箱的水通过上水管进入试验筒，通过第二压力控制器在控制装置上明确上水压力；试验正式开始前需要完全排除加固体中的空气：首先在一定压力下通水，自至流量稳定后排气过程完成；当水流通过加固体试样从漏斗中流出，金属管浮子流量计测得此时间段内的累计水量，并无线传送至控制装置，流出的水最终排入烧杯中；排气结束后，利用控制装置跟踪由金属管浮子流量计测量的流量大小；记录一段时间内流量计累计读数；然后关闭第一压力控制器停止注水，随后关闭第二压力控制器；

步骤6)成果计算：上水压力P₀由第二压力控制器测得、注水时间t、累计水量w由金属管浮子流量计测得、试样直径D和试样高度L由游标卡尺测得，可计算出试样截面积A；达西定律中水流速度v与水力坡度i的关系为v＝ki，故渗透系数

因为

又因为

可推得

式中，h表示水压力转换成的水柱高度，计算式取g＝10m/s²，水的密度取1000kg/m³，则有公式h＝100P₀；

然后直接利用控制装置计算渗透系数；

步骤7)加固体-复合水泥混合体脱模：试验结束后，拧开密封螺杆上下的螺母，撬下顶盖、底盖；拧开三瓣膜螺丝，撬开三瓣膜，注浆加固体-复合水泥混合体脱模完成；

步骤8)成果分析：对比注浆前后被注介质渗透系数的变化，评价注浆效果。