[发明专利]岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置与方法

权利要求书

1.一种岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，包括模型试验箱、伺服应力加载系统和注浆储浆系统；

所述模型试验箱包括支撑框架和盛砂筒，所述盛砂筒设置在所述支撑框架内部，所述盛砂筒是上部为开口的空心柱体结构，所述盛砂筒的侧壁沿着高度方向设有若干个出浆管；

所述盛砂筒的开口处配合有轴压加载活塞板，所述盛砂筒的外壁上沿着高度设有多个围压加载环；

所述注浆储浆系统的注浆口连通所述盛砂筒，所述伺服应力加载系统能控制所述轴压加载活塞板和围压加载环施加压力。

2.根据权利要求1所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，所述伺服应力加载系统包括轴压加载机构、围压加载机构及伺服加载装置；

所述轴压加载机构包括轴向液压伸缩装置和所述轴压加载活塞板，所述轴向液压伸缩装置贯穿安装在所述支撑框架的顶部，所述轴向液压伸缩装置的下端与所述轴压加载活塞板连接；

所述围压加载机构包括所述多个围压加载环和横向液压伸缩装置，每个围压加载环的外壁连接多个横向液压伸缩装置；

所述横向液压伸缩装置和轴向液压伸缩装置的输入端均连接在所述伺服加载装置上。

3.根据权利要求2所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，所述轴压加载活塞板的下部设有圆盘形的凸起，所述凸起能够嵌入所述盛砂筒的开口内并能相对上下移动，所述凸起的边缘设有能与所述盛砂筒的内壁密封贴合的密封橡胶圈。

4.根据权利要求1所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，还包括动荷载加载系统，所述动荷载加载系统包括振动台和振动发生装置，所述振动台设于所述盛砂筒的底部，所述振动发生装置的上端固定连接所述振动台，所述振动发生装置的下端安装在所述支撑框架的底部。

5.根据权利要求1所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，还包括承托定位系统，所述承托定位系统包括承托台和若干个机械臂，若干个机械臂分别固定安装在所述模型试验箱的左侧、右侧及下侧的外壁上，每个机械臂为可伸缩撑杆并在端部设有定位滚轮；

所述承托台为箱体形结构，所述承托台的左侧、右侧及下侧的内壁上设有限位卡槽，所述模型试验箱位于所述承托台内并通过各个定位滚轮配合在所述承托台的限定卡槽内。

6.根据权利要求1所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，还包括注浆储浆系统，所述注浆储浆系统包括空气压缩机、气动注浆泵、搅拌机、储浆桶，所述空气压缩机连接所述气动注浆泵，所述气动注液泵和搅拌机安装在所述储浆桶中，所述气动注液泵的出液口连通所述盛砂筒。

7.根据权利要求6所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，所述轴压加载活塞板中间贯穿连接有进浆弯管，所述气动注液泵的出液口通过管道连通所述进浆弯管。

8.根据权利要求1所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，还包括监控测量系统，所述监控测量系统包括高速摄像机、计算机、注浆自动记录仪、电磁流量计、注浆压力传感器、流出液称量筒、土压力计、渗压传感器、位移传感器；所述土压力计、渗压传感器、位移传感器在试验前期安装于所述盛砂筒内的砂样中，所述电磁流量计、注浆压力传感器及注浆自动记录仪用于对注入浆液的流量、压力进行监测记录，所述流出液称量筒用于对流出砂样的浆液进行称量和收集；所述高速摄像机用于记录所述模型试验箱中浆液在砂层中的注入状态。

9.根据权利要求1-8任一项所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置，其特征在于，所述盛砂筒内部直径为100-150 mm，高度为210-220 mm，所述盛砂筒内盛放砂样直径为100-150 mm，高度为200-210 mm；所述盛砂筒采用透明的亚克力材质或有机玻璃材质制作而成。

10.一种岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的岛礁富水钙质砂土地层注浆模拟及渗透性试验装置进行注浆模拟试验、渗透试验以及渗透破坏试验；

当进行注浆模拟试验时，对盛砂筒施加一定的围压和轴压；向储浆桶中配置所需水泥浆液，开启搅拌机、空气压缩机及气动注浆泵，泵送浆液至盛砂筒进行注浆模拟，在此过程中，动荷载加载系统保持压力不变；

当进行渗透试验时，根据试验需要向储浆桶中配置蒸馏水或海水或其他试验所需溶液，开启搅拌机、空气压缩机及气动注浆泵，泵送液体至盛砂筒；

流出液称量筒对从出浆管流出的液体进行收集并称量计重，注浆自动记录仪对注入水或其他液体的注入流量压力进行实时记录；

对采集到的数据进行计算，得到标准试件的渗透系数；

当进行渗透破坏试验时，可根据具体需要调节伺服应力加载系统及动荷载加载系统，为标准试件提供不同轴压、围压及不同频率的振动，以模拟岛礁地下工程高地下水、高荷载、动水冲刷的真实环境；

可根据具体需要调节承托定位系统，使试件进行不同角度的旋转，改变渗流角度，模拟不同渗流角度下对标准试件的渗透破坏；

可根据具体需要调节注浆储浆系统，改变水压、流量，注浆储浆系统向模型试验箱内进行供水，以使标准试件发生水渗流现象。