一種裂隙巖體可視化注漿試驗裝置及試驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種巖樣裂隙注漿模擬試驗，具體涉及一種巷道裂隙巖體可視化注漿試驗裝置及試驗方法，屬于巖石工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]注楽加固技術(shù)作為最有效的軟弱圍巖和破碎圍巖變形控制技術(shù)之一，在全國乃至全世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用和推廣，尤其對于深埋巷道裂隙圍巖的變形控制具有顯著的效果。
[0003]掌握漿液在圍巖裂隙中的流動擴散規(guī)律對于進一步優(yōu)化注漿加固參數(shù)、提升注漿加固效果具有重要的意義。然而，目前國內(nèi)注漿支護理論的發(fā)展遠滯后于注漿支護實踐，特別是在注漿漿液流動擴散規(guī)律及其隨注漿時間、注漿壓力的變化等研究方面比較落后。究其原因主要是國內(nèi)關(guān)于巷道裂隙圍巖的注漿試驗系統(tǒng)裝置和試驗方法具有較大的局限性?？梢暬{試驗方法在研究漿液流動擴散規(guī)律方面具有突出的優(yōu)勢，引起了國內(nèi)眾多學(xué)者的關(guān)注。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，“復(fù)雜條件下的裂隙注漿可視化試驗裝置”公開了一種新的復(fù)雜條件下的裂隙注漿試驗裝置及試驗方法，可以實現(xiàn)單一裂隙面在復(fù)雜條件下的注漿模擬試驗；“一種可視化交叉裂隙動水注漿試驗裝置及方法”公開了一種注漿模擬試驗裝置，可以實現(xiàn)交叉裂隙與動水條件下的注漿模擬試驗。但是無論是單一裂隙還是簡單的交叉裂隙均與裂隙巖體中實際的復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)具有較大的差別，且上述兩個發(fā)明均采用透明材料來模擬真實巖體，漿液在透明合成材料中的流動與真實巖體同樣具有較大差異，無法模擬漿液在真實巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)中的流動擴散規(guī)律，試驗結(jié)果與實際相差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種裂隙巖體可視化注漿試驗裝置及試驗方法，可以實現(xiàn)真實裂隙巖體全程可視化注漿試驗，試驗裝置還考慮了裂隙巖體尺度效應(yīng)對漿液流動擴散的影響。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種裂隙巖體可視化注漿試驗裝置，包括裂隙巖體注漿三維試驗盒，注漿系統(tǒng)，注漿參數(shù)測控系統(tǒng)，還包括對裂隙巖體的試驗過程進行實時監(jiān)測并顯示的CT掃描裝置；所述試驗盒為透明盒體，所述試驗盒一側(cè)面的中心設(shè)有能夠安裝注漿系統(tǒng)的注漿錨桿的錨桿通過孔，錨桿通過孔的位置始終正對試驗盒內(nèi)腔的中心；所述注漿錨桿為透明材質(zhì)，所述注漿系統(tǒng)通過注漿錨桿向裂隙巖體試件中注入水泥和硫酸鋇混合漿液；所述CT掃描裝置的CT探測器和CT放射源以兩者之間的軸線垂直于注漿錨桿的方式，分置于試驗盒的兩側(cè)。
[0007]所述試驗盒以及注漿錨桿均采用高強有機玻璃材料制成。
[0008]所述硫酸鋇顆粒粒徑與水泥顆粒粒徑相同，以確保硫酸鋇顆粒與水泥顆粒均勻混合，從而使硫酸鋇顆粒與水泥顆粒具有相同的運動軌跡。
[0009]所述水泥和硫酸鋇混合漿液制備時水、水泥和硫酸鋇的配比為5:4:6。硫酸鋇作為造影劑加入水泥漿液中以實現(xiàn)裂隙中漿液在CT掃描下的可視化。
[0010]所述注漿錨桿兩端開口，一端通過錨桿通過孔伸入試驗盒至裂隙巖體試件上開出的注漿孔中，另一端螺紋連接注漿系統(tǒng)的外部漿液輸送管，注漿錨桿桿體設(shè)置有一系列漿液流動孔；所述注漿錨桿上套裝有止?jié){密封塞，并螺紋連接有透明中空螺釘，止?jié){密封塞位于注漿孔的外端，中空螺釘與錨桿通過孔螺紋連接；所述中空螺釘?shù)拈L度不小于安裝后止?jié){塞外端面距離錨桿通過孔外端的距離。
[0011 ] 所述中空螺釘采用有機玻璃加工而成。
[0012]所述注漿系統(tǒng)包括順次連接的注漿錨桿、漿液輸送管、穩(wěn)壓器、注漿栗和漿液存儲桶，漿液存儲桶內(nèi)設(shè)置攪拌機。
[0013]所述注漿參數(shù)測控系統(tǒng)包括設(shè)置在漿液輸送管上設(shè)置壓力調(diào)節(jié)器、壓力表、閥門和流量計以及集成控制面板，所述集成控制面板分別與壓力調(diào)節(jié)器、壓力表、閥門和流量計連接。
[0014]所述試驗盒的內(nèi)腔尺寸可調(diào)，由前、后擋板以及可調(diào)節(jié)長度的上、下、左、右四個大小相等的側(cè)板組成，所述四個側(cè)板首尾相連，扣合成一個前、后側(cè)開口的長方形盒體，該盒體截面為正方形且內(nèi)徑尺寸可調(diào)；所述長方形盒體的兩端分別與前、后擋板通過螺釘連接，后擋板的內(nèi)側(cè)設(shè)有柔性氣囊。
[0015]所述上、下、左、右四個側(cè)板均包括主板體和與主板體活動連接的至少一段尺寸調(diào)節(jié)板，所述主板體與尺寸調(diào)節(jié)板燕尾槽連接，盒體的四周均設(shè)有安裝孔，并通過螺釘連接，安裝孔開口方向順時針90度旋轉(zhuǎn)設(shè)置。
[0016]所述安裝孔由兩段孔體組成，其中一段為通孔，位于一側(cè)板的主板體上，且垂直于該側(cè)板設(shè)置，另一段為盲孔，位于另一側(cè)板的尺寸調(diào)節(jié)板上，且平行于該側(cè)板設(shè)置，當(dāng)兩個側(cè)板垂直連接時，螺釘依次穿過通孔進入盲孔中將兩個側(cè)板固定。
[0017]所述主板體的兩側(cè)面分別設(shè)有螺孔；所述前、后擋板的四周，分別對應(yīng)螺孔設(shè)有尺寸調(diào)節(jié)孔，所述尺寸調(diào)節(jié)孔設(shè)置多個，分別由前、后擋板的邊緣向擋板的中部等距離設(shè)置，其個數(shù)不少于單個側(cè)板的尺寸調(diào)節(jié)板的個數(shù)，當(dāng)側(cè)板組成的盒體內(nèi)徑變化一個尺寸調(diào)節(jié)板的寬度空間時，側(cè)板兩側(cè)的螺孔總會與前、后擋板上的一組同一周向上的尺寸調(diào)節(jié)孔相對應(yīng)。
[0018]所述前擋板的中心設(shè)有錨桿通過孔。
[0019]一種裂隙巖體可視化注漿試驗方法，其步驟如下:
步驟I):采集工程現(xiàn)場裂隙巖體，將其加工成正方體的裂隙巖體試件，并在正方體試件的任一面的中心位置鉆取注漿孔，注漿孔的直徑為8~10mm，注漿孔深度為正方體試件邊長的一半；
步驟2):根據(jù)試件的大小選擇減少或增加試驗盒側(cè)板上尺寸調(diào)節(jié)板的數(shù)量以調(diào)節(jié)三維注漿試驗盒的尺寸，使之與試件的大小匹配，并將含注漿孔的裂隙巖體試件放置于三維可變尺寸注漿試驗盒中，使試件上的注漿孔與試驗盒前擋板中央的錨桿通過孔對齊，用螺釘將試驗盒的側(cè)板和前后擋板之間連接固定；
步驟3):將用有機玻璃材料特制的注漿錨桿穿過試驗盒前擋板中央的錨桿通過孔置于裂隙巖體試件的注漿孔中，注漿錨桿帶螺紋的一端為外露端，注漿錨桿外徑略小于注漿孔的直徑，取6~8mm，注漿錨桿的長度比注漿孔的深度大30~40mm，將止?jié){塞套于注漿錨桿上，然后將特制的中空螺釘緊固于錨桿通過孔，中空螺釘擠壓止?jié){塞，完成注漿錨桿的安裝和注漿孔的密封；
步驟4):按照5:4:6的水、水泥和硫酸鋇的配比制備水泥和硫酸鋇混合漿液，將制備好的專用試驗漿液置于漿液存儲桶中，注漿過程中漿液存儲桶內(nèi)的攪拌機不間斷攪拌漿液；步驟5):注漿錨桿與外部漿液輸送管通過注漿錨桿外露端的螺紋連接，并完成注漿系統(tǒng)各單元的連接，將三維可變尺寸注漿試驗盒放置于CT掃描平臺上，試驗人員撤出CT掃描室;
步驟6):開啟CT機，首先對注漿前的裂隙巖體試件進行CT掃描，得到試件內(nèi)部三維裂隙分布規(guī)律，然后通過集成控制面板遠程設(shè)定壓力調(diào)節(jié)器的注漿壓力，開啟注漿閥門，進行裂隙巖體試件的注漿，1~2分鐘后關(guān)閉注漿閥門，隨即開啟CT機，掃描漿液在巖體裂隙中的運動擴散情況，CT掃描結(jié)束后立即遠程開啟注漿閥門繼續(xù)注漿，重復(fù)上述操作直至漿液擴散范圍不再增大為止，獲得同一注漿壓力下漿液隨時間的運動擴散范圍及流量等試驗數(shù)據(jù)；
步驟7):完成上述系列試驗后，重新選取試件，設(shè)置不同的注漿壓力完成步驟1~步驟6的操作，重復(fù)至少三組試驗，對比相同注漿時間下各組試件可視化注漿試驗結(jié)果，可獲得注漿壓力大小對漿液在巖體裂隙中運動擴散規(guī)律的影響。
[0020]本發(fā)明原理是，通過將現(xiàn)場采集加工的裂隙巖體試件放置在有機玻璃制作的