[发明专利]岩土体大掺量膨胀水泥浆膨胀过程可视化装置及使用方法

权利要求书

1.一种岩土体大掺量膨胀水泥浆膨胀过程可视化装置，包括用于盛装土壤或岩样的长方体箱体（1），所述长方体箱体（1）顶部开放，底部封闭，其特征在于：

所述长方体箱体（1）其中一侧面开放并安装有钢化玻璃（2），所述钢化玻璃（2）外表面设有刻度尺（3），所述钢化玻璃（2）内侧面设有用于添加膨胀水泥浆的管材（4），所述管材（4）内设有锚杆（5），所述锚杆（5）上设有压力传感器和应变片，所述压力传感器和应变片输出端与数据采集系统连接；

所述长方体箱体（1）顶部通过支撑架体（6）与安装板（7）连接，所述安装板（7）底部与千斤顶固定端连接，所述支撑架体（6）内部设有与长方体箱体（1）顶部开口相匹配的承压板（8），千斤顶伸缩端紧贴承压板（8）上表面；

所述管材（4）为半圆环形钢管结构，所述承压板（8）与管材（4）接触的一侧设有与管材（4）外形相吻合的半圆形凹槽。

2.根据权利要求1所述的岩土体大掺量膨胀水泥浆膨胀过程可视化装置，其特征在于：所述锚杆（5）由圆柱形杆（5.1）和半圆柱形杆（5.2）组成，所述半圆柱形杆（5.2）的外圆弧面开设有安装压力传感器和应变片的槽子（5.3），所述圆柱形杆（5.1）位于钢化玻璃（2）顶部，所述半圆柱形杆（5.2）的矩形面紧贴钢化玻璃（2）内侧面。

3.根据权利要求1所述的岩土体大掺量膨胀水泥浆膨胀过程可视化装置，其特征在于：所述长方体箱体（1）为钢板材料焊接而成，所述支撑架体（6）包括焊接于长方体箱体（1）顶部四角位置的四根螺纹钢柱（6.1），所述螺纹钢柱（6.1）顶部通过螺母（6.2）与安装板（7）连接。

4.根据权利要求1所述的岩土体大掺量膨胀水泥浆膨胀过程可视化装置，其特征在于：所述安装板（7）底部还竖向安装有四根用于限制千斤顶发生侧向移动的限位钢柱（7.1）。

5.根据权利要求1所述的岩土体大掺量膨胀水泥浆膨胀过程可视化装置，其特征在于：所述钢化玻璃（2）为矩形，锚杆（5）紧贴钢化玻璃（2）内侧且与其竖直中心线重合。

6.根据权利要求5所述的岩土体大掺量膨胀水泥浆膨胀过程可视化装置，其特征在于：刻度尺（3）包括竖向刻度尺（3.1）和横向刻度尺（3.2），其中竖向刻度尺（3.1）与钢化玻璃（2）外侧竖直中心线重合，横向刻度尺（3.2）水平设置多个且与竖向刻度尺（3.1）互相垂直。

7.一种权利要求1所述的岩土体大掺量膨胀水泥浆膨胀过程可视化装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1）：在长方体箱体（1）其中一侧面安装钢化玻璃（2），在钢化玻璃（2）外表面设置刻度尺（3），将管材（4）安装于钢化玻璃（2）内侧面，锚杆（5）伸入到管材（4）内，并将锚杆（5）上的压力传感器和应变片输出端与数据采集系统连接；

步骤2）：在钢化玻璃（2）内表面涂一层润滑油，以降低大掺量膨胀水泥在膨胀过程中的摩阻力，然后向长方体箱体（1）内灌满土壤或放入切割好的完整岩样，然后将承压板（8）放在土壤或岩样表面，通过千斤顶对承压板（8）施加不同的压力使土壤或岩样达到不同的密实度及不同地应力，记录施加的压力最大值；

步骤3）：根据试验需求配制不同含量膨胀水泥浆，灌入管材（4）内，在灌浆顶部用普通水泥浆封口，完成后抽出管材（4）；

步骤4）：通过可视化的钢化玻璃（2）观察竖向和横向土壤或岩样与膨胀水泥浆接触的初始位置，并通过刻度尺（3）读出，记录数据，作为土壤或岩样膨胀前的初始数据；将高清摄像机正对钢化玻璃（2）可视面，录像后将视频输入计算机中，每隔一定时间观察并记录竖向和横向土壤或岩样的位置，即土壤或岩样膨胀应变，而后绘制在不同土壤密实度条件下不同膨胀剂含量的水泥浆土壤膨胀应变随时间变化的曲线图，以及不同地应力条件下不同膨胀剂含量的水泥浆岩体膨胀应变随时间变化的曲线图；

步骤5）：通过数据采集系统采集压力数据，每隔一段时间采集灌注膨胀水泥浆后的压力数据，即膨胀压应力，绘制出不同膨胀剂含量的水泥浆压应力随时间变化的曲线图；

步骤6）：养护多天后，对锚杆（5）进行拉拔试验，并通过摄像机记录锚固体的破坏及发生位移的情况，并通过应变片及压力传感器测量试验数据，将所有数据绘制成图表，得到抗拔力随膨胀剂含量变化的规律。