[发明专利]岩溶注浆模拟实验装置及基于3D打印的岩溶注浆可视化模拟实验方法

说明书

本发明公开了一种岩溶注浆模拟实验装置，包括围压模拟机构、注浆机构、采用柔性3D打印而成的岩溶空腔体和用于向岩溶空腔体内通入压力水的加压机构，所述岩溶空腔体上部设有进浆口，所述注浆机构与进浆口连通，所述围压模拟机构包括岩土体模拟室、围压加压器和岩溶外部岩土体，所述岩溶空腔体位于岩土体模拟室底部，所述岩溶外部岩土体充填在岩土体模拟室内并将岩溶空腔体的上底面和侧面包围，所述围压加压器作用在岩溶外部岩土体上方；本发明还包括上述岩溶注浆模拟实验装置的实验方法。本发明具有重复率高、密封性好、边界可延展、适应范围广的优点。

技术领域

本发明涉及土木工程基础处理技术领域，具体涉及一种岩溶注浆模拟实验装置及其实验方法。

背景技术

岩溶是可溶岩在高水头长期作用下钙离子不断溶出而形成，普遍存在于我国西南喀什特地区，其防渗处理是保证喀什特地区土木工程安全运行的重要组成部分，处理措施主要有大开挖回填和注浆两种。注浆具有施工工作量少、工期短、质量易保证等特点，在国内外岩溶地基防渗加固工程中广泛应用。注浆效果一定程度取决于注浆控制参数，控制参数的获取离不开大量的模型试验。

国内外学者研制了一系列试验装置，一定程度上推动了注浆技术的发展，对工程实践提供了指导。例如中国水利水电科学研究院自发研制了平板型注浆试验台；湛铠瑜、隋旺华自行研制了一套动水条件下单裂隙注浆模拟试验系统；郭密文、隋旺华为了研究高压环境条件下注浆浆液的渗流扩散特征，研制了可形成5MPa以上高压环境的注浆试验系统；赵宏海、李磊等自制研发了一种裂隙注浆试验装置；靖向党研制了多功能注浆测试装置；蒋买勇研制了一种动水条件下充填型溶洞防渗注浆模拟实验装置。然而，国内外现有注浆模拟试验装置难以模拟岩溶的不规则和边界延展性，且岩溶注浆试验的一致性差。因此，研制一种基于3D打印的岩溶注浆模拟试验系统，以便合理地确定岩溶防渗注浆控制参数，成为本领域相关人员急需研究解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种岩溶注浆模拟实验装置及其实验方法，它可通过3D打印定制任意形状的岩溶腔体，并通过调节材料保证边界延展性，同时保证一组对比试验中岩溶腔体的一致性，一定程度上实现了注浆的可视化。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种岩溶注浆模拟实验装置，包括围压模拟机构、注浆机构、岩溶空腔体和用于向岩溶空腔体内通入压力的加压机构，所述岩溶空腔体上还设有与注浆机构连通的进浆口，所述围压模拟机构包括岩土体模拟室、围压加压器和岩溶外部岩土体，所述岩溶空腔体和岩溶外部岩土体位于岩土体模拟室内，且所述岩溶外部岩土体将所述岩溶空腔体包裹，所述围压加压器作用在岩溶外部岩土体上。

上述的岩溶注浆模拟实验装置，优选的：所述岩溶空腔体为3D打印成的岩溶空腔仿真模块。本发明的岩溶注浆模拟实验装置采用的岩溶空腔体通过优选3D打印而成，通过计算机控制可实现岩溶空腔体尺寸及性状的一致性。

更优选的，所述3D打印用的材料为柔性材料，所述柔性材料为硅胶、硅橡胶、乳胶、热塑性树脂材料、热塑性聚氨酯弹性材料或光敏树脂材料。本发明的岩溶注浆模拟实验装置的岩溶空腔体采用柔性材料3D打印而成，能够一定程度上实现在注浆压力作用下边界延展。

作为上述技术方案的进一步改进：所述岩土体模拟室包括筒状透明的钢化玻璃体和下部法兰，岩土体模拟室可以密闭或顶端敞开，所述钢化玻璃体上设有进水口和出水口，所述岩溶空腔体上设有岩溶进水口和岩溶出水口，所述进水口与岩溶进水口连通，出水口与岩溶出水口连通，所述钢化玻璃体通过下部法兰所设卡槽固定；所述岩溶空腔体设于下部法兰上且不与钢化玻璃体相接。通过下部设置的法兰连接结构可保证从岩土体模拟室取出岩溶空腔体及其内部注浆体，从而极大地提高重复率。通过采用钢化玻璃作为腔体外部边界，可一定程度上实现岩溶注浆的可视化。

作为进一步的优选：所述加压机构包括压力气源和高压储水罐，所述压力气源通过气管与高压储水罐连通，高压储水罐通过输水管与岩土体模拟室的进水口连通。