CN105842424B - 三向应力渗流耦合注浆试验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种三向应力渗流耦合注浆试验系统及方法，上压头、下压头、左压头、右压头、前压头和后压头分别活动连接于支撑架的上、下、左、右、前和后的位置，上压头、左压头、右压头、前压头和后压头中均开设有注浆流道，注浆流道装配连接注浆单元，下压头中开设有注水流道，注水流道装配连接注水单元，上压头、下压头、左压头、右压头、前压头和后压头的内侧均装配连接有密封圈。本发明的有益效果为：对试件进行三向应力和水压渗流，实现模拟对岩体结构面的三向应力剪切‑渗流的耦合；对破坏的试件注浆，以模拟对破碎岩体的注浆过程,注浆后继续对试件进行加载直至试件破坏，以模拟注浆后岩体的破坏过程和获得注浆后的岩体强度等属性。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程试验技术领域，特别是涉及一种三向应力渗流耦合注浆试验系统及方法。
背景技术
结构面广泛存在于岩体中，研究其力学特性具有十分重大的理论以及工程意义。碎裂岩体中结构面的存在影响了岩体的稳定性，威胁到工程安全，因此，研究岩体注浆加固之后结构面的力学特性，揭示注浆加固实质与作用机理意义重大。国内外许多学者对岩体结构面剪切应力-渗流耦合模型进行了研究，但都存在一定的局限性，广泛适用性有限。对于工程岩体结构分析中需要单独考虑岩体的结构面，因岩体的各向异性、非均质性，要建立合理的能够满足大多数结构面力学特性的模型在现阶段也是有难度的。岩体结构面的剪切试验是人们广泛应用的获取岩体结构面抗剪强度及其参数的有效方法，其一般分为原位试验和室内模型试验，前者可得到一定尺寸范围内较为可靠的岩体结构面抗剪强度和参数，但是原位试验由于试验费用高、周期长、环境差、操作复杂等缺点应用相对较少；后者相对于前者有费用低，操作简单等优点而被广泛使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三向应力渗流耦合注浆试验系统及方法，以适用于岩体结构面的三向应力剪切-渗流模型，模拟岩体在三向应力和渗流耦合作用下的破坏情况以及岩体在注浆以后的阻水特性，模拟在水压、围压作用下对岩体强度进行定量的标定，为注浆后的岩体强度和岩体的注浆效果提供依据。
本发明提供一种三向应力渗流耦合注浆试验系统，包括支撑架、加载单元、注浆单元和注水单元，加载单元包括上压头、下压头、左压头、右压头、前压头和后压头，上压头、下压头、左压头、右压头、前压头和后压头分别活动连接于支撑架的上、下、左、右、前和后的位置，上压头、左压头、右压头、前压头和后压头中均开设有注浆流道，注浆流道装配连接注浆单元，下压头中开设有注水流道，注水流道装配连接注水单元，上压头、下压头、左压头、右压头、前压头和后压头的内侧均装配连接有密封圈。
进一步的，注浆单元包括经注浆管路依次连接的注浆搅拌站、注浆压力泵站、注浆阀门和注浆压力表，注浆管路的末端装配连接注浆流道。
进一步的，注水单元包括经注水管路依次连接的水箱、水压力泵站和水压力表，注水管路的末端装配连接注水流道。
进一步的，注水管路上在水压力泵站和水压力表之间还连接有溢流阀。
进一步的，还包括分别与上压头、左压头、右压头、前压头和后压头装配连接的注浆盘，注浆盘的外表面均匀开设有多条注浆流道，注浆盘上的注浆流道分别与上压头、左压头、右压头、前压头和后压头中的注浆流道连接。
进一步的，上压头、左压头、右压头、前压头和后压头的中间位置均开设有第一空腔，注浆盘装配连接于第一空腔内。
进一步的，还包括与下压头装配连接的注水盘，注水盘的外表面均匀开设有多条注水流道，注水盘上的注水流道与下压头中的注水流道连接。
进一步的，下压头的中间位置开设有第二空腔，注水盘装配连接于第二空腔内。
进一步的，还包括液压单元，液压单元经液压管路连接上压头、下压头、左压头、右压头、前压头和后压头。
本发明还提供一种三向应力渗流耦合注浆试验方法，应用上述的三向应力渗流耦合注浆试验系统，包括以下步骤：
步骤一、在试件内设置应力传感器，将试件放置于上压头、下压头、左压头、右压头、前压头和后压头包围的空间内；
步骤二、通过左压头、右压头、前压头和后压头对试件施加围压至预设值，注水单元经下压头对试件施加水压至预设值并保持恒定，上压头和下压头对试件施加轴压至预设值，经应力传感器监测三向应力和渗流耦合作用下试件的破坏情况；
步骤三、待试件破坏后，保持围压、轴压和水压保持恒定，注浆单元经上压头、左压头、右压头、前压头和后压头对破坏的试件注浆；
步骤四、待注浆凝固后，停止注浆并调节水压，以监测经注浆的破坏的试件的阻水特性；
步骤五、保持水压、围压恒定，对经注浆的破坏的试件施加轴压，定量分析经注浆的破坏的试件的强度。
进一步的，步骤一中，在将试件放置于上压头、下压头、左压头、右压头、前压头和后压头包围的空间内之前，先将试件放入水中浸泡至试件达到饱和状态。
与现有技术相比，本发明的三向应力渗流耦合注浆试验系统及方法具有以下特点和优点：
1、本发明的三向应力渗流耦合注浆试验系统，对试件进行围压、轴压三向应力，并对试件施加水压渗流，实现模拟对岩体结构面的三向应力剪切-渗流的耦合；
2、本发明的三向应力渗流耦合注浆试验系统，对破坏的试件注浆，以模拟对破碎岩体的注浆过程；
3、本发明的三向应力渗流耦合注浆试验方法，以模拟岩体在三向应力和渗流耦合作用下的破坏情况以及岩体在注浆以后的阻水特性；
4、本发明的三向应力渗流耦合注浆试验方法，以模拟在水压、围压作用下对岩体强度进行定量的标定，为注浆后的岩体强度和岩体的注浆效果提供依据。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中三向应力渗流耦合注浆试验系统结构示意图；
图2为本发明实施例中三向应力渗流耦合注浆试验系统部分结构立体图；
图3为本发明实施例中上压头的结构示意图；
图4为本发明实施例中上压头与注浆盘装配后的结构示意图；
图5为本发明实施例中注水盘的结构示意图；
图6为本发明实施例中下压头的结构示意图；
其中，
10、支撑架，11、上压头，12、下压头，13、左压头，14、右压头，15、前压头，16、后压头，17、第一空腔，18、第二空腔，21、注浆搅拌站，22、注浆压力泵站，23、注浆阀门，24、注浆压力表，25、注浆管路，31、水箱，32、水压力泵站，33、溢流阀，34、水压力表，35、注水管路，4、密封圈，5、试件，6、注浆盘，7、注浆流道，8、注水盘，9、注水流道。
具体实施方式
如图1至图6所示，本实施例提供一种三向应力渗流耦合注浆试验系统，加载单元包括上压头11、下压头12、左压头13、右压头14、前压头15和后压头16，上压头11、下压头12、左压头13、右压头14、前压头15和后压头16分别活动连接于支撑架10的上、下、左、右、前和后的位置，液压单元经液压管路连接上压头11、下压头12、左压头13、右压头14、前压头15和后压头16。上压头11、左压头13、右压头14、前压头15和后压头16中均开设有注浆流道7，上压头11、左压头13、右压头14、前压头15和后压头16的中间位置均开设有第一空腔17，第一空腔17内装配连接有注浆盘6，注浆盘6的外表面均匀开设有多条注浆流道7，注浆盘6上的注浆流道7分别与上压头11、左压头13、右压头14、前压头15和后压头16中的注浆流道7连接。注浆的浆液经注浆盘6可以被分散开，使注浆的浆液可以均匀的进入到试件5中。上压头11、左压头13、右压头14、前压头15和后压头16中的注浆流道7经注浆管路25装配连接注浆单元，注浆单元包括经注浆管路25依次连接的注浆搅拌站21、注浆压力泵站22、注浆阀门23和注浆压力表24。注浆单元可经上压头11、左压头13、右压头14、前压头15和后压头16对试件5进行均匀的注浆。下压头12中开设有注水流道9，下压头12的中间位置开设有第二空腔18，注水盘8装配连接于第二空腔18内。注水盘8的外表面均匀开设有多条注水流道9，注水盘8上的注水流道9与下压头12中的注水流道9连接。高压水经注水盘8可以被分散开，使高压水可以均匀地经下压头12从试件5的底部进入到试件5中。下压头12中的注水流道9经注水管路35装配连接注水单元，注水单元包括经注水管路35依次连接的水箱31、水压力泵站32、溢流阀33和水压力表34。注水单元经下压头12可对试件5加载高压水以模拟岩体中的渗流作用。在注水管路35上设置的溢流阀33，可以在注浆过程中，当注浆压力大于注水压力时，溢流阀33起保护作用。上压头11、下压头12、左压头13、右压头14、前压头15和后压头16的内侧均装配连接有密封圈4。本实施例中的三向应力渗流耦合注浆试验系统，对试件5进行围压、轴压三向应力，并对试件5施加水压渗流，实现模拟对岩体结构面的三向应力剪切-渗流的耦合；对破坏的试件5注浆，以模拟对破碎岩体的注浆过程。
本实施例还提供一种三向应力渗流耦合注浆试验方法，应用上述的三向应力渗流耦合注浆试验系统，包括以下步骤：
步骤一、在试件5内设置应力传感器，将试件5放入水中浸泡至试件5达到饱和状态，将试件5放置于上压头11、下压头12、左压头13、右压头14、前压头15和后压头16包围的空间内；
步骤二、通过左压头13、右压头14、前压头15和后压头16对试件5施加围压至预设值，注水单元经下压头12对试件5施加水压至预设值并保持恒定，上压头11和下压头12对试件5施加轴压至预设值，经应力传感器监测三向应力和渗流耦合作用下试件5的破坏情况，以模拟岩体在三向应力和渗流耦合作用下的破坏情况；
步骤三、待试件5破坏后，保持围压、轴压和水压保持恒定，注浆单元经上压头11、左压头13、右压头14、前压头15和后压头16对破坏的试件5注浆，更接近真实岩体中的注浆过程；
步骤四、待注浆凝固后，停止注浆，可对试件5整体进行烘干以加快试验进程，调节水压，以监测经注浆的破坏的试件5的阻水特性，以模拟岩体在三向应力和渗流耦合作用下的破坏岩体注浆后的阻水特性；
步骤五、保持水压、围压恒定，对经注浆的破坏的试件5施加轴压，定量分析经注浆的破坏试件5的强度，以模拟在水压、围压作用下对岩体注浆后的强度进行定量的标定，为注浆后的岩体强度和岩体的注浆效果提供依据。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种三向应力渗流耦合注浆试验方法，应用三向应力渗流耦合注浆试验系统，三向应力渗流耦合注浆试验系统包括支撑架、加载单元、注浆单元和注水单元，加载单元包括上压头、下压头、左压头、右压头、前压头和后压头，上压头、下压头、左压头、右压头、前压头和后压头分别活动连接于支撑架的上、下、左、右、前和后的位置，上压头、左压头、右压头、前压头和后压头中均开设有注浆流道，注浆流道装配连接注浆单元，下压头中开设有注水流道，注水流道装配连接注水单元，上压头、下压头、左压头、右压头、前压头和后压头的内侧均装配连接有密封圈；其特征在于,包括以下步骤：
步骤一、在试件内设置应力传感器，将试件放置于上压头、下压头、左压头、右压头、前压头和后压头包围的空间内；
步骤二、通过左压头、右压头、前压头和后压头对试件施加围压至预设值，注水单元经下压头对试件施加水压至预设值并保持恒定，上压头和下压头对试件施加轴压至预设值，经应力传感器监测三向应力和渗流耦合作用下试件的破坏情况；
步骤三、待试件破坏后，保持围压、轴压和水压保持恒定，注浆单元经上压头、左压头、右压头、前压头和后压头对破坏的试件注浆；
步骤四、待注浆凝固后，停止注浆并调节水压，以监测经注浆的破坏的试件的阻水特性；
步骤五、保持水压、围压恒定，对经注浆的破坏的试件施加轴压，定量分析经注浆的破坏的试件的强度。
2.根据权利要求1所述的三向应力渗流耦合注浆试验方法，其特征在于：注浆单元包括经注浆管路依次连接的注浆搅拌站、注浆压力泵站、注浆阀门和注浆压力表，注浆管路的末端装配连接注浆流道。
3.根据权利要求2所述的三向应力渗流耦合注浆试验方法，其特征在于：注水单元包括经注水管路依次连接的水箱、水压力泵站和水压力表，注水管路的末端装配连接注水流道。
4.根据权利要求3所述的三向应力渗流耦合注浆试验方法，其特征在于：注水管路上在水压力泵站和水压力表之间还连接有溢流阀。
5.根据权利要求1至4任一项所述的三向应力渗流耦合注浆试验方法，其特征在于：三向应力渗流耦合注浆试验系统还包括分别与上压头、左压头、右压头、前压头和后压头装配连接的注浆盘，注浆盘的外表面均匀开设有多条注浆流道，注浆盘上的注浆流道分别与上压头、左压头、右压头、前压头和后压头中的注浆流道连接。
6.根据权利要求5所述的三向应力渗流耦合注浆试验方法，其特征在于：上压头、左压头、右压头、前压头和后压头的中间位置均开设有第一空腔，注浆盘装配连接于第一空腔内。
7.根据权利要求1至4任一项所述的三向应力渗流耦合注浆试验方法，其特征在于：三向应力渗流耦合注浆试验系统还包括与下压头装配连接的注水盘，注水盘的外表面均匀开设有多条注水流道，注水盘上的注水流道与下压头中的注水流道连接。
8.根据权利要求7所述的三向应力渗流耦合注浆试验方法，其特征在于：下压头的中间位置开设有第二空腔，注水盘装配连接于第二空腔内。
9.根据权利要求1所述的三向应力渗流耦合注浆试验方法，其特征在于：三向应力渗流耦合注浆试验系统还包括液压单元，液压单元经液压管路连接上压头、下压头、左压头、右压头、前压头和后压头。
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- 2016-05-20 CN CN201610342972.8A patent/CN105842424B/zh active Active
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| CN105842424A (zh) | 2016-08-10 |
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Inventor after: Zhao Jinhai Inventor after: Yin Liming Inventor after: Guo Weijia Inventor after: Bai Liyang Inventor after: Liu Zhanxin Inventor after: Guo Hao Inventor after: Cui Boqiang Inventor before: Guo Weijia Inventor before: Zhao Jinhai Inventor before: Yin Liming Inventor before: Liu Zhanxin Inventor before: Kong Dezhi Inventor before: Kong He Inventor before: Bai Liyang |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |