[发明专利]富水砂层隧道围岩渗透破坏与注浆可注性试验系统及方法

权利要求书

1.一种富水砂层隧道围岩渗透破坏与注浆可注性试验系统，其特征在于，包括试验箱系统、开挖面模拟系统、供水及水位控制系统、注浆系统和监测系统，所述试验箱系统的入水口与供水及水位控制系统的出水口连通，试验箱系统的上部和下部分别开有出水口和浆液出口；所述注浆系统向试验箱系统内注入浆液，且开挖面模拟系统对试验箱系统内的砂土进行开挖；所述监测系统监测试验箱系统的砂层的应力、位移、孔隙水压力、土压力与流量数据；在开挖面模拟系统对试验箱系统内的砂土进行开挖时，所述监测系统通过浆液出口收集测量砂层内部中因渗流侵蚀造成流失的颗粒和注浆过程流失的浆液；

所述试验箱系统包括底座和设于底座上的箱体，所述箱体内设有带通孔的第一隔板和第二隔板而将箱体内部依次分隔成第一储水槽、储土舱和第二储水槽，所述第一储水槽与供水及水位控制系统的出水口连通，所述出水口设于第二储水槽上；所述供水及水位控制系统输出的水依次经过入水口、第一储水槽、储土舱和第二储水槽并从出水口流出，形成渗流回路；

所述开挖面模拟系统包括开挖面模拟面板和液压缸，所述开挖面模拟面板设于箱体内的底部， 且开挖面模拟面板的上部和下部分别开有插孔和突水孔；所述液压缸的活塞杆伸入箱体内且与开挖面模拟面板连接，所述浆液出口设于箱体的外壁底部；在液压缸推动开挖面模拟面板向浆液出口方向滑动时，所述砂层内部中因渗流侵蚀造成流失的颗粒和注浆过程流失的浆液从浆液出口流出；

所述注浆系统包括浆液桶、注浆机、第二流量计、第二压力计、第二开关阀和注浆管，所述注浆机的入口与浆液桶的出口连通，注浆机的出口通过第二流量计、第二压力计、第二开关阀和注浆管的一端连接，注浆管的另一端穿过所述插孔且伸入砂层内部。

2.根据权利要求1所述的一种富水砂层隧道围岩渗透破坏与注浆可注性试验系统，其特征在于，所述供水及水位控制系统包括水箱、第一开关阀、第一流量计和第一压力计，所述水箱的出口通过第一开关阀、第一流量计和第一压力计与第一储水槽连通，所述水箱的入口外接自来水；所述水箱与起吊装置连接而形成高度调节结构。

3.根据权利要求1所述的一种富水砂层隧道围岩渗透破坏与注浆可注性试验系统，其特征在于，所述监测系统包括计算机、数据采集仪、摄像机、位移计、孔隙水压计、土压力计、声发射信号接收仪和声测管及声发射传感器；位移计设于在砂层上表面，以监测砂层位移数据；孔隙水压计和土压力计设于砂层中，以监测砂层中试验过程发生的数据；数据采集仪接收位移计、孔隙水压计和土压力计的数据并发送给计算机；所述摄像机对试验过程进行录像；所述声测管及声发射传感器设于箱体的相对的两个侧面上，所述声发射信号接收仪设于箱体的上方而接收声发射信号。

4.根据权利要求3所述的一种富水砂层隧道围岩渗透破坏与注浆可注性试验系统，其特征在于，所述浆液出口设有用于收集水砂或浆液的收集系统，所述收集系统包括导管和量杯，所述量杯通过导管与浆液出口连通。

5.根据权利要求4所述的一种富水砂层隧道围岩渗透破坏与注浆可注性试验系统，其特征在于，所述箱体的外壁为透明结构。

6.根据权利要求5所述的一种富水砂层隧道围岩渗透破坏与注浆可注性试验系统，其特征在于，所述箱体相对的两个侧面上设有第一观察窗和第二观察窗，第一观察窗和第二观察窗分别用于观察第一储水槽和第二储水槽内部。

7.一种基于权利要求1至6任一项所述的一种富水砂层隧道围岩渗透破坏与注浆可注性试验系统的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：安装试验箱系统、安装开挖面模拟系统，安装收集系统，以及安装注浆系统；

步骤二：箱体中采用砂雨法分层装入试验所需要的土样，并在1H、2H、3H 三个高度，将孔隙水压计与土压力计设置在土样中；并且在箱体上的4H、5H、6H位置上安装声测管及声发射传感器，待土样装入箱体后，在砂层上表面安装位移计；

步骤三：将水箱安装在所需的高度上，将水箱出水口与试验箱系统的入水口连接，并在水箱出水口处安装流量计与压力计；

步骤四：记录砂层中孔隙水压计、土压力计和位移计数据，以及通过声发射信号接收仪监测和收集声发射信号，作为试验初始数据；

步骤五：向水箱中加水，待箱中水位稳定，打开第一开关阀向箱体中的第一储水槽注水，直至另一侧的第二储水槽的出水口的水流稳定流出；

步骤六：记录砂层中孔隙水压计、土压力计和位移计数据，以及通过声发射信号接收仪监测和收集声发射信号，作为试验对比数据；

步骤七：隧道围岩失稳模式及动、静水条件下富水砂层水泥基浆液、化学浆液、水泥化学浆液注浆加固的试验研究。