[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

说明书

本发明公开了一种富水砂层隧道围岩渗透破坏与注浆可注性试验系统，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；注浆系统向试验箱系统内注入浆液，开挖面模拟系统实现试验箱系统内的砂土开挖；监测系统监测试验箱系统的砂层物理力学参数、应力、位移、孔隙水压力、土压力与流量等数据。本发明还公开了一种试验方法。本发明可以在一套试验模型上实现研究富水砂层围岩稳定性的影响条件及动、静水条件下不同浆液富水砂层隧道围岩注浆可注性，给出相应的判别准则的功能，以及可对富水砂层隧道围岩失稳模式、失稳机理及防控涌水涌砂注浆加固机理进行单独研究，无需重复制作实验模型，极大地降低了制作成本。

技术领域

本发明涉及一种渗透破坏模型试验系统及方法，尤其是指一种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。

背景技术

在城市地下隧道建设中，经常需要穿越第四系富水砂层，富水砂层因其有松散、黏聚力小、自稳能力差等特性，隧道建设过程中极易发生涌水涌砂等事故。注浆是富水砂层隧道灾害防控治理中最为常用的技术措施，隧道开挖导致土体应力场与土体渗流场改变，砂层因内部渗流侵蚀造成颗粒流失围岩变形，同时地下水的流动对注浆可注性将造成极大的影响，易造成注浆治理效果失效。

模型试验是目前学者对地下工程进行研究最为重要的手段之一，模型试验能最大程度贴近工程实际情况且便于监测。但是，富水砂层隧道的研究都需要单独制作一套实验模型对土体应变位移、渗流内部侵蚀以及注浆治理机理进行单独研究，研究因素单一化，无法在一套实验模型上实现研究单一因素或多因素组合下富水砂层隧道围岩注浆可注性的可行性以及富水砂层围岩稳定性的影响条件，给出相应的判别准则的功能，实验模型功能单一，从而导致需要重复制作实验模型，耗时长、使用不方便和制作成本高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种功能多样化、使用方便和制作成本低的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。

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种富水砂层隧道围岩渗透破坏与注浆可注性试验系统，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物理力学参数、应力、位移、孔隙水压力、土压力与流量等数据；在开挖面模拟系统对试验箱系统内的砂土开挖时，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。

作为一种优选的方案，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。

作为一种优选的方案，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。

作为一种优选的方案，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。