一種裂隙巖體可視化注漿試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)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(yàn)，具體涉及一種巷道裂隙巖體可視化注漿試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)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(guó)乃至全世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用和推廣，尤其對(duì)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(dòng)擴(kuò)散規(guī)律對(duì)于進(jìn)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(guó)內(nèi)注漿支護(hù)理論的發(fā)展遠(yuǎn)滯后于注漿支護(hù)實(shí)踐，特別是在注漿漿液流動(dòng)擴(kuò)散規(guī)律及其隨注漿時(shí)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(guó)內(nèi)關(guān)于巷道裂隙圍巖的注漿試驗(yàn)系統(tǒng)裝置和試驗(yàn)方法具有較大的局限性?？梢暬{試驗(yàn)方法在研究漿液流動(dòng)擴(kuò)散規(guī)律方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，引起了國(guó)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(yàn)裝置”公開(kāi)了一種新的復(fù)雜條件下的裂隙注漿試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，可以實(shí)現(xiàn)單一裂隙面在復(fù)雜條件下的注漿模擬試驗(yàn)；“一種可視化交叉裂隙動(dòng)水注漿試驗(yàn)裝置及方法”公開(kāi)了一種注漿模擬試驗(yàn)裝置，可以實(shí)現(xiàn)交叉裂隙與動(dòng)水條件下的注漿模擬試驗(yàn)。但是無(wú)論是單一裂隙還是簡(jiǎn)單的交叉裂隙均與裂隙巖體中實(shí)際的復(fù)雜裂隙網(wǎng)絡(luò)具有較大的差別，且上述兩個(gè)發(fā)明均采用透明材料來(lái)模擬真實(shí)巖體，漿液在透明合成材料中的流動(dòng)與真實(shí)巖體同樣具有較大差異，無(wú)法模擬漿液在真實(shí)巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)中的流動(dòng)擴(kuò)散規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)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(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)裂隙巖體全程可視化注漿試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置還考慮了裂隙巖體尺度效應(yīng)對(duì)漿液流動(dòng)擴(kuò)散的影響。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種裂隙巖體可視化注漿試驗(yàn)裝置，包括裂隙巖體注漿三維試驗(yàn)盒，注漿系統(tǒng)，注漿參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)，還包括對(duì)裂隙巖體的試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并顯示的CT掃描裝置；所述試驗(yàn)盒為透明盒體，所述試驗(yàn)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(guò)孔，錨桿通過(guò)孔的位置始終正對(duì)試驗(yàn)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(guò)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(cè)器和CT放射源以?xún)烧咧g的軸線垂直于注漿錨桿的方式，分置于試驗(yàn)盒的兩側(cè)。
[0007]所述試驗(yàn)盒以及注漿錨桿均采用高強(qiáng)有機(jī)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(yùn)動(dòng)軌跡。
[0009]所述水泥和硫酸鋇混合漿液制備時(shí)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(shí)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(kāi)口，一端通過(guò)錨桿通過(guò)孔伸入試驗(yàn)盒至裂隙巖體試件上開(kāi)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(dòng)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(guò)孔螺紋連接；所述中空螺釘?shù)拈L(zhǎng)度不小于安裝后止?jié){塞外端面距離錨桿通過(guò)孔外端的距離。
[0011 ] 所述中空螺釘采用有機(jī)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(chǔ)桶，漿液存儲(chǔ)桶內(nèi)設(shè)置攪拌機(jī)。
[0013]所述注漿參數(shù)測(cè)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(mén)和流量計(jì)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(mén)和流量計(jì)連接。
[0014]所述試驗(yàn)盒的內(nèi)腔尺寸可調(diào)，由前、后擋板以及可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的上、下、左、右四個(gè)大小相等的側(cè)板組成，所述四個(gè)側(cè)板首尾相連，扣合成一個(gè)前、后側(cè)開(kāi)口的長(zhǎng)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(zhǎng)方形盒體的兩端分別與前、后擋板通過(guò)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(gè)側(cè)板均包括主板體和與主板體活動(dòng)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(guò)螺釘連接，安裝孔開(kāi)口方向順時(shí)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(gè)側(cè)板垂直連接時(shí)，螺釘依次穿過(guò)通孔進(jìn)入盲孔中將兩個(gè)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(duì)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(gè)，分別由前、后擋板的邊緣向擋板的中部等距離設(shè)置，其個(gè)數(shù)不少于單個(gè)側(cè)板的尺寸調(diào)節(jié)板的個(gè)數(shù)，當(dāng)側(cè)板組成的盒體內(nèi)徑變化一個(gè)尺寸調(diào)節(jié)板的寬度空間時(shí)，側(cè)板兩側(cè)的螺孔總會(huì)與前、后擋板上的一組同一周向上的尺寸調(diào)節(jié)孔相對(duì)應(yīng)。
[0018]所述前擋板的中心設(shè)有錨桿通過(guò)孔。
[0019]一種裂隙巖體可視化注漿試驗(yàn)方法，其步驟如下:
步驟I):采集工程現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)的一半；
步驟2):根據(jù)試件的大小選擇減少或增加試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)盒中，使試件上的注漿孔與試驗(yàn)盒前擋板中央的錨桿通過(guò)孔對(duì)齊，用螺釘將試驗(yàn)盒的側(cè)板和前后擋板之間連接固定；
步驟3):將用有機(jī)玻璃材料特制的注漿錨桿穿過(guò)試驗(yàn)盒前擋板中央的錨桿通過(guò)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(zhǎng)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(guò)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(zhuān)用試驗(yàn)漿液置于漿液存儲(chǔ)桶中，注漿過(guò)程中漿液存儲(chǔ)桶內(nèi)的攪拌機(jī)不間斷攪拌漿液；步驟5):注漿錨桿與外部漿液輸送管通過(guò)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(yàn)盒放置于CT掃描平臺(tái)上，試驗(yàn)人員撤出CT掃描室;
步驟6):開(kāi)啟CT機(jī)，首先對(duì)注漿前的裂隙巖體試件進(jìn)行CT掃描，得到試件內(nèi)部三維裂隙分布規(guī)律，然后通過(guò)集成控制面板遠(yuǎn)程設(shè)定壓力調(diào)節(jié)器的注漿壓力，開(kāi)啟注漿閥門(mén)，進(jìn)行裂隙巖體試件的注漿，1~2分鐘后關(guān)閉注漿閥門(mén)，隨即開(kāi)啟CT機(jī)，掃描漿液在巖體裂隙中的運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散情況，CT掃描結(jié)束后立即遠(yuǎn)程開(kāi)啟注漿閥門(mén)繼續(xù)注漿，重復(fù)上述操作直至漿液擴(kuò)散范圍不再增大為止，獲得同一注漿壓力下漿液隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散范圍及流量等試驗(yàn)數(shù)據(jù)；
步驟7):完成上述系列試驗(yàn)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(yàn)，對(duì)比相同注漿時(shí)間下各組試件可視化注漿試驗(yàn)結(jié)果，可獲得注漿壓力大小對(duì)漿液在巖體裂隙中運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散規(guī)律的影響。
[0020]本發(fā)明原理是，通過(guò)將現(xiàn)場(chǎng)采集加工的裂隙巖體試件放置在有機(jī)玻璃制作的