海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置及实验方法

1.本发明涉及一种海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置及实验方法，属于岛礁工程地质灾害防治技术领域。


背景技术：

2.钙质砂层孔隙丰富、胶结能力较弱、颗粒易破碎、强度较低、高渗透性以及高压缩性等特性，其导致的地基空缝、地基凹陷、地基沉降变形、结构物大变形、结构物整体失稳、砂土液化等地质灾害更具破坏性，是岛礁工程建设期与运营期不可忽视也难以避免的重点难点问题，虽然注浆理论和注浆技术在岩土工程中已经得到非常广泛的应用，但国内外对钙质砂注浆的研究还很欠缺，尤其是钙质砂注浆中浆液扩散模式难以确定，注浆加固效果也不能得到合理的评估与预测，现有注浆理论难以直接应用，注浆扩散加固实验方法能较为全面且真实地模拟海水环境下岛礁地质构造的注浆工况，为建立新的理论和数学模型提供依据，是一种重要的研究手段。
3.现有的钙质砂注浆扩散模型试验系统存在以下问题：1.现有钙质砂注浆扩散模型试验装置未能模拟海水环境下的注浆扩散加固，所获取的实验数据与实际情况相差甚远；2.现有钙质砂注浆扩散模型试验装置均针对单孔单序注浆，不能实现多空多序注浆；3.现有钙质砂注浆扩散模型试验装置复杂，实验过程繁琐，实验误差较大，容易浪费材料，造成不必要的损失。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置及实验方法；能够较为真实模拟海水环境下钙质砂注浆扩散加固过程，实现注浆扩散过程可视化，能够实现钙质砂层多空多序注浆。
5.为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置，包括海水环境模拟系统、钙质砂层模拟系统、数据采集与监测系统、注浆与储浆系统；所述海水环境模拟系统包括：第一储水箱；第一透明容器，其进水口与所述第一储水箱的出水口连通；流速控制机构，设置于所述第一透明容器的进水口处；第二储水箱，其进水口与所述第一透明容器的出水口连通；注水泵，将所述第一储水箱内的水泵入所述第一透明容器内；所述钙质砂层模拟系统包括第二透明容器；所述第二透明容器设置在所述第一透明容器内、与所述第一透明容器静连接；所述第二透明容器，其上端设置有注浆口，其下端设置由排气口，其侧壁上开设有若干透水孔；所述第二透明容器内装有钙质砂形成钙质砂土层；
所述数据采集与监测系统包括：若干压力传感器，埋设于所述钙质砂土层内部的不同位置；信号收集器，与所述压力传感器信号连接；计算机控制平台，与所述信号收集器信号连接；所述注浆与储浆系统包括：储浆桶，其出浆口与所述第二透明容器的注浆口连通；空气压缩机，其出气口与所述储浆桶内部连通，将所述储浆桶的浆液通注入所述第二透明容器。
6.根据本发明公开的一些实施例，所述钙质砂层模拟系统还可以包括固定装置；所述第二透明容器与所述第一透明容器静之间通过所述固定装置连接。
7.根据本发明公开的一些实施例，所述固定装置包括顶板、底板、连接件，所述连接件连接于所述底板和顶板之间；所述顶板的至少一边缘与所述第一透明容器的内壁连接，所述底板的至少一边缘与所述第一透明容器的内壁连接；所述第二透明容器位于所述底板和顶板之间、与所述底板静连接。
8.根据本发明公开的一些实施例，所述流速控制机构包括：腔体；分隔机构，设置于所述腔体内，将所述腔体的内部空间分隔为上部空间和下部空间，通道机构，竖向设置在所述下部空间内、将所述下部空间分隔为左部空间和右部空间，其顶端顶端开口、与所述上部空间连通，其底端与所述腔体连接；所述通道机构的侧壁上开设有若干透水孔；闸门，设置在所述通道机构内，其边缘与所述通道机构内壁密封，沿所述通道机构上下移动；伸缩连接机构，竖向伸缩，设置于所述腔体内，所述一端与所述腔体的顶端连接，另一端与所述闸门的顶端连接；其中，所述流速控制机构的进水口位于所述左部空间，所述流速控制机构的出水口位于所述右部空间。
9.根据本发明公开的一些实施例，所述伸缩连接机构包括：伸缩杆，设置于上部空间内，竖向伸缩，其顶端与所述腔体顶部连接；连接杆，设置于上部空间内，水平设置，其一端与所述伸缩杆的伸缩端连接，其另一端与所述闸门连接；固定杆，设置于上部空间内，其一端与所述伸缩杆的下端连接，其另一端与所述分隔机构的顶部连接。
10.根据本发明公开的一些实施例，所述流速控制机构设置在所述第一透明容器内，其进水口与所述第一透明容器的进水口连通。
11.根据本发明公开的一些实施例，还包括海水盐度检测器；所述海水盐度检测器的检测头位于所述第一储水箱内部。
12.根据本发明公开的一些实施例，还包括流量计、压力计、和开关阀门；所述流量计和开关阀门分别设置于所述第一储水箱出水口和所述第一透明容器进水口之间、所述第一
透明容器出水口和所述第二储水桶进水口之间，所述压力计设置于所述储浆桶与所述第二透明容器的注浆口之间。
13.根据本发明公开的一些实施例，所述注浆与储浆系统包括搅拌机构；所述搅拌机构设置在所述储浆桶内。
14.采用上述的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置的实验方法，步骤一：根据研究的钙质砂层以及所处的实际环境准备性质相同或者相似的钙质砂和海水；步骤二：将海水注入第一储水桶，将钙质砂装入第二透明容器形成钙质砂土层，将压力传感器埋设于钙质砂土层内部的不同位置；步骤三：调试海水环境模拟系统和注浆与储浆系统，使其符合所需要的实验要求状态，确保试验数据获取的稳定性和实验过程的平稳性；步骤四：当注浆与储浆系统和海水环境模拟系统均达到设计值后，开启海水环境模拟系统为第一透明容器注入海水、开启注浆与储浆系统为砂层模拟系统注入浆液，通过砂层模拟系统中的第二透明容器的透水孔形成海水环境，进行注浆扩散试验；在注浆扩散试验过程中，随时记录第二透明容器中的压力传感器向信号收集器输出的数据，与此同时开启摄像机进行全过程录像，并及时记录注水管和注浆管上的流量计、压力计等原始数据；步骤五：注浆扩散试验后可取出砂层模拟系统内的实验土体，进行浆液扩散半径的测试；步骤六：实测完浆液扩散半径后，对实验土体养护2d从而形成加固土体，拆除模型取出模芯，得到加固体单轴抗压标准试样，随后对加固体单轴抗压标准试样进行土工试验，确定相关加固体强度。
15.本发明与现有技术相比所取得的有益效果如下：1.本发明所述提供的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置,通过第一储水箱，第二储水箱和流速控制机构可以控制海水的进出和流速以及形成渗流回路，能够准确模拟还原真实的海水环境，便于在室内进行注浆试验模拟研究。
16.2.本发明所述提供的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置，通过透明容器和固定装置，不仅可以克服传统做法的单孔单序注浆，从而准确实现实际工程普遍采用的多孔多序的注浆方案，还可以使整个装置更加牢固紧密，增加实验数据的准确性。
17.3.本发明所述提供的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置，海水环境模拟系统中的储存海水容器和钙质砂层模拟系统中的盛砂系统采用透明可视化以及耐腐蚀设计，使用的录像机可以随时随地记录浆液的注入与扩散情况，解决了传统可注性设备无法实时直观观测的难题。
18.4.本发明所述提供的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置,注浆与储浆系统中的储浆桶安装有搅拌机构，可随时搅拌浆液使其浓度均匀，防止存放的浆液因时间过长出现离析现象。
附图说明
19.图1为本发明实施例公开的一种海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置的结构
示意图；图2为本发明实施例提供的第二透明容器的俯视示意图；图3为本发明实施例提供的搅拌机构的正视示意图；图4为本发明实施例提供的流速控制机构的剖视示意图；图中：1、计算机控制平台；2、信号收集器；3、排气管；4、钙质砂土层；5、第二透明容器；5-110、第一注浆口；5-111、第二注浆口；6、第一透明容器；7、压力传感器；8、第一透水孔；9、过滤层；12、流速控制机构；12-1、伸缩杆；12-2、连接杆；12-3、固定杆；12-4、第二透水孔；12-5、闸门；13、第一注浆管；14、第二注浆管；15、第二压力计；16、第二流量计；17、第二开关阀；15-1、第一压力计；16-1、第一流量计；17-1、第一开关阀；18、排水管流量计；19、排水管开关阀；20、搅拌机构；20-1、搅拌发动机；20-2、搅拌杆；20-3、搅拌轮；21、储浆桶；22、第二储水箱；23、摄像机；24、空气管；25、空气管开关阀；26、空气压缩机；27、注水管开关阀；28、注水管流量计；29、注水管；30、第一储水箱；31、注水泵；32、海水盐度检测器；33、挡隔板；34、排水管。
实施方式
20.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
21.本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
22.如图1-4所示；一种海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置，其主要由四部分组成：海水环境模拟系统、钙质砂层模拟系统、数据采集与监测系统、注浆与储浆系统。
23.海水环境模拟系统包括第一储水箱30、第一透明容器6、流速控制机构12、第二储水箱22和注水泵31。第一透明容器6可以是由防腐蚀透明的有机材料制成；例如，采用透明玻璃材料，并且涂有防腐蚀涂料。
24.第一储水箱30的出水口连通第一透明容器6的进水口，第一透明容器6的出水口连通第二储水箱22的进水口；第一储水箱30内盛有海水，海水从第一储水箱30流出、流经第一透明容器6、流入第二储水箱22，形成渗流回路，模拟海水环境。第一储水箱30、第一透明容器6和第二储水箱22之间可以通过水管连通。具体的，第一储水箱30的出水口通过注水管29与第一透明容器6的进水口连通，第一透明容器6的出水口通过排水管34连通第二储水箱22的进水口。更进一步的，注水管29上可以安装注水管流量计28和注水管开关阀27，排水管34上可以安装排水管34流量计18和排水管34开关阀19 。
25.第一储水箱30处处设置注水泵31，注水泵31输出压力使第一储水箱30内的海水流入第一透明容器6内。具体的，注水泵31设置于第一储水箱30内、位于第一储水箱30的上部。例如，可以在第一储水箱30内的上部设置一带孔洞的隔板用于放置注水泵31。第一储水箱30处还可以设置海水盐度检测器32；海水盐度检测器32的检测头位于第一储水箱30内部。
26.流速控制机构12设置于第一透明容器6的进水口处，流速控制机构12的进水口连通第一透明容器6的进水口；用于调整进入第一透明容器6的海水的流速。流速控制机构12可以采用现有的任意一种可以实现水流流速调整的流速控制器。具体的，流速控制机构12可以采用如图4所示的结构。
27.如图4所示的流速控制机构12包括：腔体、分隔机构、通道机构、闸门12-5和伸缩连接机构；其中，分隔机构、通道机构、闸门12-5和伸缩连接机构均设置在腔体内。
28.分隔机构将所述腔体的内部空间分隔为上部空间和下部空间。具体的，分隔机构可以呈板状结构，其形状与腔体的水平截面相同。分隔机构开设有开口，开口将上部空间与下部空间连通。
29.通道机构竖向设置在下部空间内、将下部空间分隔为左部空间和右部空间。通道机构的顶端开口、通过分隔机构的开口与部空间连通，通道机构的顶端边缘与分隔机构的底表面密封连接。通道机构的底端与腔体底表面密封连接。通道机构的侧壁上开设有若干第二透水孔12-4；腔体下部的左部空间和右部空间之间只能通过通道机构的侧壁上的若干第二透水孔12-4连通。其中，流速控制机构12的进水口位于左部空间，流速控制机构12的出水口位于右部空间；水进入左部空间，流经通道机构，从右部空间流出。通道机构的侧壁上的若干第二透水孔12-4可以是有规则排列，可以是左右对称。
30.闸门12-5设置在通道机构内，其边缘与通道机构内壁密封，闸门12-5沿通道机构上下移动。具体的，闸门12-5可以分为竖部和横部；横部水平设置在通道机构内、其边缘与通道机构内壁密封，竖部竖向设置在通道机构内、其下端与横部的上表面连接、其上端与伸缩连接机构连接。竖部的侧边缘与通道机构内壁密封。闸门12-5将通道机构的侧壁上的若干第二透水孔12-4分隔为左右两部分，位于左侧的第二透水孔12-4为进水孔，位于右侧的第二透水孔12-4为出水孔。水通过左侧第二透水孔12-4进入通道机构后，被闸门12-5封堵；调整闸门12-5的高度，闸门12-5向上移动，通道机构内的水从闸门12-5下方通过，进而从位于闸门12-5下方的右侧第二透水孔12-4流出。通过调整闸门12-5高度可以调整能够进出水的第二透水孔12-4的数量，进而达到控制水流速的目的。
31.伸缩连接机构，竖向伸缩，设置于腔体内，位于腔体的上部空间内。伸缩连接机构的一端与腔体的顶端连接，伸缩连接机构的另一端与闸门12-5的顶端连接。伸缩连接机构的另一端可以是与闸门12-5竖部的上端连接。其作用在于调整闸门12-5的高度。
32.伸缩连接机构的其中一种具体结构可以如图4所示，包括伸缩杆12-1、连接杆12-2和固定杆12-3；伸缩杆12-1，设置于上部空间内，竖向伸缩，其顶端与腔体顶部连接；连接杆12-2，设置于上部空间内，水平设置，其一端与伸缩杆12-1的伸缩端连接，其另一端与闸门12-5连接；固定杆12-3，设置于上部空间内，其一端与伸缩杆12-1的下端连接，其另一端与分隔机构的顶部连接。
33.钙质砂层模拟系统包括第二透明容器5；第二透明容器5设置在第一透明容器6内、与第一透明容器6静连接；第二透明容器5，其上端设置有注浆口，其下端设置由排气口，其侧壁上开设有若干第一透水孔8；第二透明容器5内装有钙质砂形成钙质砂土层4。其中，第二透明容器5的注浆口可以为两个以上，例如，如图1所示两个，分别为第一注浆口5-110和第二注浆口5-111。排气口可以连接排气管3。第二透明容器5侧壁上开设有若干第一透水孔8可以是由规则排列。第二透明容器5可以是由防腐蚀透明的有机材料制成；例如，采用透明
玻璃材料，并且涂有防腐蚀涂料。
34.第二透明容器5内部、钙质砂土层4上部还可以设有一层过滤层9，能使浆液均匀渗透进钙质砂层。过滤层9由粗制纱布制成。
35.为了进一步提高第二透明容器5的稳定性，钙质砂层模拟系统还可以包括固定装置；第二透明容器5与第一透明容器6静之间通过固定装置连接。具体的，固定装置包括顶板、底板、连接件，连接件连接于底板和顶板之间；顶板的至少一边缘与第一透明容器6的内壁连接，底板的至少一边缘与第一透明容器6的内壁连接；第二透明容器5位于底板和顶板之间、与底板静连接。
36.数据采集与监测系统包括：若干压力传感器7、信号收集器2和计算机控制平台1；若干压力传感器7埋设于钙质砂土层4内部的不同位置；信号收集器2与压力传感器7信号连接；计算机控制平台1与信号收集器2信号连接。压力传感器7埋设于钙质砂层中，用以采集实验过程中产生的实验数据；信号收集器2通过导线接收压力传感器7的数据并发送给计算机控制平台1。
37.数据采集与监测系统还可以进一步包括摄像机23。摄像机23用于拍摄实验过程并记录。
38.注浆与储浆系统包括储浆桶21和空气压缩机26。储浆桶21的出浆口与第二透明容器5的注浆口连通。空气压缩机26的出气口与储浆桶21内部连通，将储浆桶21的浆液通注入第二透明容器5内；即，空气压缩机26将储浆桶21的浆液通过注浆管注入钙质砂层模拟系统。储浆桶21和第二透明容器5之间通过注浆管连通。注浆管上可以安装流量计、压力计和开关阀门。
39.为了防止储浆桶21中存放的浆液因时间过长出现离析现象，注浆与储浆系统还可以包括搅拌机构20。搅拌机构20设置在储浆桶21内。搅拌机构20包括搅拌轮20-3、搅拌杆20-2和用于驱动搅拌杆20-2的驱动器；搅拌轮20-3设置于搅拌杆20-2，驱动器设置于搅拌杆20-2的顶部。驱动器可以为搅拌发动机20-1。
实施例
40.如图1所示。一种海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置，其主要由四部分组成：海水环境模拟系统、钙质砂层模拟系统、数据采集与监测系统、注浆与储浆系统。
41.如图1所示。海水环境模拟系统包括注水泵31、海水盐度检测器32、第一储水箱30、流速控制机构12、第一透明容器6、第二储水箱22。第一储水箱30内设有带孔洞的挡隔板33从而将注水泵31与海水盐度检测器32分隔开，第一储水箱30通过注水管29与流速控制机构12连通，第一透明容器6通过排水管34连通第二储水箱22，注水泵31输出压力将海水从注水管29流入，依次通过流速控制机构12、第一透明容器6，并从排水管34流出至第二储水箱22，形成渗流回路。
42.如图4所示。流速控制机构12包括伸缩杆12-1、连接杆12-2、固定杆12-3、第二透水孔12-4和闸门12-5，海水通过注水管29进入流速控制机构12，根据实验要求使闸门12-5上升到相应的高度，海水通过流速控制机构12的出水口流入第一透明容器6，从而控制海水流动速度，闸门12-5直径与空隙长度相同。
43.如图1所示。钙质砂层模拟系统包括第二透明容器5和固定装置。第二透明容器5上
部和下部分别开有注浆口和排气口，第二透明容器5四周侧壁开有第一透水孔8。固定装置包括一块顶板和一块底板，底板和顶板之间通过四根连接件连接,连接件一端穿过底板与底板上的固定螺帽连接,另一端穿过顶板与顶板上的固定螺帽连接,固定螺帽栓紧顶板和底板，固定装置均采用耐腐蚀的钢材制成。
44.如图1所示。数据采集与监测系统包括压力传感器7、信号收集器2、计算机控制平台1、摄像机23。压力传感器7埋设于钙质砂层中，用以采集实验过程中产生的实验数据；信号收集器2通过导线接收压力传感器7的数据并发送给计算机控制平台1；摄像机23用于拍摄实验过程并记录。
45.如图1所示。注浆与储浆系统包括空气压缩机26、储浆桶21、第一流量计16-1、第一压力计15-1、第一开关阀17-1、第二流量计16、第二压力计15、第二开关阀17、空气管开关阀25。储浆桶21通过第一注浆管13和第二注浆管14与第二透明容器5连通，储浆桶21通过空气管24与空气压缩机26连通，空气压缩机26输出压力将浆液从储浆桶21的出浆口流出，依次通过第一流量计16-1、第一压力计15-1、第一开关阀17-1、第二流量计16、第二压力计15、第二开关阀17，并从第二透明容器5上部的注浆口流入钙质砂层模拟系统。
46.如图1所示。第二透明容器5上部开有注浆口，注浆口分别接入第一注浆管13和第二注浆管14，注浆管上分别有第一开关阀17-1和第二开关阀17，可进行多孔多序注浆实验，为实际工程提供理论指导意义。
47.如图1所示。第二透明容器5上部设有一层过滤层9，能使浆液均匀渗透进砂层，过滤层9由特殊材料的粗制纱布制成。
48.为了便于直观观测并记录实验过程，第一透明容器6和第二透明容器5均采用透明玻璃材料，并且涂有防腐蚀涂料。
49.为了防止储浆桶21中存放的浆液因时间过长出现离析现象，储浆桶21安装有搅拌机构20。如图3所示，搅拌机构20包括搅拌发动机20-1、搅拌杆20-2、搅拌轮20-3，可随时搅拌浆液使其浓度均匀。
50.采用上述实施例公开的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置的实验方法，步骤一：根据研究的钙质砂层以及所处的实际环境准备性质相同或者相似的钙质砂和海水；步骤二：将海水注入第一储水桶，将钙质砂装入第二透明容器5形成钙质砂土层4，将压力传感器7埋设于钙质砂土层4内部的不同位置；步骤三：调试海水环境模拟系统和注浆与储浆系统，使其符合所需要的实验要求状态，确保试验数据获取的稳定性和实验过程的平稳性；步骤四：当注浆与储浆系统和海水环境模拟系统均达到设计值后，开启海水环境模拟系统为第一透明容器6注入海水、开启注浆与储浆系统为砂层模拟系统注入浆液，通过砂层模拟系统中的第二透明容器5的第一透水孔8形成海水环境，进行注浆扩散试验；在注浆扩散试验过程中，随时记录第二透明容器5中的压力传感器7向信号收集器2输出的数据，与此同时开启摄像机23进行全过程录像，并及时记录注水管29和注浆管上的流量计、压力计等原始数据；步骤五：注浆扩散试验后可取出砂层模拟系统内的实验土体，进行浆液扩散半径的测试；
步骤六：实测完浆液扩散半径后，对实验土体养护2d从而形成加固土体，拆除模型取出模芯，得到加固体单轴抗压标准试样，随后对加固体单轴抗压标准试样进行土工试验，确定相关加固体强度。
51.其中，步骤二还可包括以下操作：在第二透明容器5内部布置压力传感器7和传感导线，向第二透明容器5填装钙质砂土体；将连接底板和顶板的压杆与固定螺帽拧紧，确保第二透明容器5的稳定性。
52.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可作出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置，其特征在于，包括海水环境模拟系统、钙质砂层模拟系统、数据采集与监测系统、注浆与储浆系统；所述海水环境模拟系统包括：第一储水箱；第一透明容器，其进水口与所述第一储水箱的出水口连通；流速控制机构，设置于所述第一透明容器的进水口处；第二储水箱，其进水口与所述第一透明容器的出水口连通；注水泵，将所述第一储水箱内的水泵入所述第一透明容器内；所述钙质砂层模拟系统包括第二透明容器；所述第二透明容器设置在所述第一透明容器内、与所述第一透明容器静连接；所述第二透明容器，其上端设置有注浆口，其下端设置由排气口，其侧壁上开设有若干透水孔；所述第二透明容器内装有钙质砂形成钙质砂土层；所述数据采集与监测系统包括：若干压力传感器，埋设于所述钙质砂土层内部的不同位置；信号收集器，与所述压力传感器信号连接；计算机控制平台，与所述信号收集器信号连接；所述注浆与储浆系统包括：储浆桶，其出浆口与所述第二透明容器的注浆口连通；空气压缩机，其出气口与所述储浆桶内部连通，将所述储浆桶的浆液通注入所述第二透明容器。2.根据权利要求1所述的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置，其特征在于，所述钙质砂层模拟系统还包括固定装置；所述第二透明容器与所述第一透明容器静之间通过所述固定装置连接。3.根据权利要求2所述的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置，其特征在于，所述固定装置包括顶板、底板、连接件，所述连接件连接于所述底板和顶板之间；所述顶板的至少一边缘与所述第一透明容器的内壁连接，所述底板的至少一边缘与所述第一透明容器的内壁连接；所述第二透明容器位于所述底板和顶板之间、与所述底板静连接。4.根据权利要求1所述的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置，其特征在于，所述流速控制机构包括：腔体；分隔机构，设置于所述腔体内，将所述腔体的内部空间分隔为上部空间和下部空间，通道机构，竖向设置在所述下部空间内、将所述下部空间分隔为左部空间和右部空间，其顶端顶端开口、与所述上部空间连通，其底端与所述腔体连接；所述通道机构的侧壁上开设有若干透水孔；闸门，设置在所述通道机构内，其边缘与所述通道机构内壁密封，沿所述通道机构上下移动；伸缩连接机构，竖向伸缩，设置于所述腔体内，所述一端与所述腔体的顶端连接，另一端与所述闸门的顶端连接；其中，所述流速控制机构的进水口位于所述左部空间，所述流速控制机构的出水口位于所述右部空间。
5.根据权利要求4所述的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置，其特征在于，所述伸缩连接机构包括：伸缩杆，设置于上部空间内，竖向伸缩，其顶端与所述腔体顶部连接；连接杆，设置于上部空间内，水平设置，其一端与所述伸缩杆的伸缩端连接，其另一端与所述闸门连接；固定杆，设置于上部空间内，其一端与所述伸缩杆的下端连接，其另一端与所述分隔机构的顶部连接。6.根据权利要求1所述的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置，其特征在于，所述流速控制机构设置在所述第一透明容器内，其进水口与所述第一透明容器的进水口连通。7.根据权利要求1所述的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置，其特征在于，还包括海水盐度检测器；所述海水盐度检测器的检测头位于所述第一储水箱内部。8.根据权利要求1所述的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置，其特征在于，还包括流量计、压力计、和开关阀门；所述流量计和开关阀门分别设置于所述第一储水箱出水口和所述第一透明容器进水口之间、所述第一透明容器出水口和所述第二储水桶进水口之间，所述压力计设置于所述储浆桶与所述第二透明容器的注浆口之间。9.根据权利要求1所述的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置，其特征在于，所述注浆与储浆系统包括搅拌机构；所述搅拌机构设置在所述储浆桶内。10.采用权利要求1-9任意一项所述的海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置的实验方法，其特征在于，步骤一：根据研究的钙质砂层以及所处的实际环境准备性质相同或者相似的钙质砂和海水；步骤二：将海水注入第一储水桶，将钙质砂装入第二透明容器形成钙质砂土层，将压力传感器埋设于钙质砂土层内部的不同位置；步骤三：调试海水环境模拟系统和注浆与储浆系统，使其符合所需要的实验要求状态，确保试验数据获取的稳定性和实验过程的平稳性；步骤四：当注浆与储浆系统和海水环境模拟系统均达到设计值后，开启海水环境模拟系统为第一透明容器注入海水、开启注浆与储浆系统为砂层模拟系统注入浆液，通过砂层模拟系统中的第二透明容器的透水孔形成海水环境，进行注浆扩散试验；在注浆扩散试验过程中，随时记录第二透明容器中的压力传感器向信号收集器输出的数据，与此同时开启摄像机进行全过程录像，并及时记录注水管和注浆管上的流量计、压力计等原始数据；步骤五：注浆扩散试验后可取出砂层模拟系统内的实验土体，进行浆液扩散半径的测试；步骤六：实测完浆液扩散半径后，对实验土体养护2d从而形成加固土体，拆除模型取出模芯，得到加固体单轴抗压标准试样，随后对加固体单轴抗压标准试样进行土工试验，确定相关加固体强度。

技术总结
本发明公开了一种海水环境下钙质砂注浆扩散加固模拟装置及实验方法，属于岛礁工程地质灾害防治领域。其包括：海水环境模拟系统、钙质砂层模拟系统、数据采集与监测系统、注浆与储浆系统；海水环境模拟系统形成渗流回路；钙质砂层模拟系统设置在海水环境模拟系统，两端分别连接两组注浆管和一组排气口；数据采集与检测系统包括在钙质砂层不同位置埋设的压力传感器，传感器与信号收集器相连接，并通过信号收集器反馈至计算机控制平台；注浆与储浆系统将浆液由储浆桶输入钙质砂层模拟系统。通过第一储水箱、第二储水箱和流速控制机构可以控制海水的进出和流速以及形成渗流回路，能够准确模拟还原真实的海水环境，便于在室内进行注浆试验模拟研究。浆试验模拟研究。浆试验模拟研究。


技术研发人员：李鹏 雷宇恒 王倩 王成乾 何灵垚 孙悦
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/7/20