CN108507922A - 让压锚注耦合支护下岩体注浆渗流及加固特性试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种让压锚注耦合支护下岩体注浆渗流及加固特性试验方法，基于让压锚注支护理论，在分析让压支护作用下深部软岩巷道围岩变形产生及应力调整过程的基础上，设计让压锚注支护下岩体注浆渗流试验路径，在实验室内通过对岩体试样施加特定应力路径的方式来模拟围岩在让压支护下的力学响应，并在试验中模拟锚注支护的注浆过程，进而实现让压锚注耦合支护下岩体注浆渗流试验；对让压锚注后的试样进行常温保养后再进行试样单轴和三轴强度的测试，进而研究让压锚注耦合支护下岩体的加固特性，解决了让压锚注耦合支护下岩体注浆浆液渗流试验方案设计难题，具有显著的基础意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩体注浆渗流与加固特性试验方法，具体涉及一种让压锚注耦合支护下岩体注浆渗流及加固特性试验方法，属于岩石力学领域。
背景技术
实践表明，让压锚注耦合支护的创新支护理念可以有效的控制深部软岩巷道围岩的大变形、提高巷道的长期稳定性。让压锚注耦合支护通过支护结构的让压变形释放深部软岩巷道围岩不可控变形，减小围岩应力对支护结构的破坏，再利用让压产生的围岩裂隙进行注浆加固，在围岩内部形成复杂的浆液加固网络，显著提高软岩巷道围岩黏聚力和内摩擦角，提高岩体的整体强度，为锚杆(索)提供锚固基础，进而大幅增强围岩-支护系统的承载能力，保证支护系统在围岩持续变形后的稳定性和支护效果。
掌握岩体在让压锚注耦合支护条件下浆液渗流规律及加固特性对于进一步优化让压量、让压载荷及注浆时机等支护参数，提升耦合支护加固效果具有重要的意义。然而，目前国内深部大变形软岩巷道的让压锚注耦合支护理论的发展远远滞后于让压-锚注支护实践。究其原因主要是国内在让压锚注耦合支护条件下岩体注浆渗流及加固特性方面的试验研究方面具有较大的局限性，主要是缺乏科学的试验方法。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提出一种让压锚注耦合支护下岩体注浆渗流及加固特性试验方法，可以实现在让压支护应力路径下岩体锚注浆液渗流及加固特性的试验。
本发明所述的一种让压锚注耦合支护下岩体注浆渗流及加固特性试验方法，具体步骤如下：
步骤1)：深部巷道开挖后围岩由三向应力状态逐渐调整为双向应力状态，不考虑围岩主应力方向的变化，竖直方向应力为σ1，平行于巷道轴向应力为σ2，垂直于巷道表面围岩方向应力为σ3，若无支护的情况下，巷道开挖后，在围岩应力的调整过程中σ3将逐渐减小为零，巷道围岩将沿平行于σ1的方向产生较多贯穿裂隙。巷道注浆支护是通过垂直于巷道围岩方向打钻孔，具有一定压力的浆液通过钻孔渗入围岩内部裂隙并沿裂隙扩展方向渗透。取注浆孔下方岩石单元分析，岩石单元内裂隙近似沿平行于σ1方向扩展，注浆浆液从岩石单元上方进入裂隙并沿裂隙向单元下部渗透。基于此，针对让压支护作用下巷道围岩让压变形产生及应力调整过程，考虑让压支护过程的围岩应力路径，设计让压锚注支护下岩体注浆渗流试验路径与应力σ1、σ2、σ3方向相同。
步骤2)：通过现场采集典型深部软岩巷道围岩的岩石样本，加工成用于试验研究的规格为100mm×100mm×100mm的正方体试件。
步骤3)：按照设计的让压锚注支护下岩体注浆渗流试验路径，进行考虑让压支护应力路径的深部软岩浆液渗透特性的真三轴试验。
步骤4)：考虑让压载荷值σE、让压变形量uA、浆液浓度及注浆压力P等参数变化，重复第3步试验，获得不同让压支护应力路径下的深部软岩浆液压力、浆液渗流量和浆液渗透系数等的变化规律。
步骤5)：对让压注浆加固后的深部软岩试样进行14天常温保养，然后再对试样的单轴和三轴强度进行测试。
本发明原理是，基于让压锚注支护理论，在分析让压支护作用下深部软岩巷道围岩变形产生及应力调整过程的基础上，设计让压锚注支护下岩体注浆渗流试验路径，在实验室内通过对岩体试样施加特定应力路径的方式来模拟围岩在让压支护下的力学响应，并在试验中模拟锚注支护的注浆过程，进而实现让压锚注耦合支护下岩体注浆渗流试验；对让压锚注后的试样进行常温保养后再进行试样单轴和三轴强度的测试，进而研究让压锚注耦合支护下岩体的加固特性。
本发明的积极效果：
1.通过分析让压支护作用下深部软岩巷道围岩变形产生及应力调整过程的基础上，设计了让压锚注支护下岩体注浆渗流试验路径，解决了让压锚注耦合支护下岩体注浆浆液渗流试验方案设计难题；
2.本发明思路清晰，理论依据合理、可操作性强，为研究让压锚注耦合支护下岩体浆液渗流及加固特性选择提供了重要的试验方法，具有显著的基础意义。
附图说明
图1是本发明深部巷道围岩受力、裂隙扩展示意图。
图2是浆液渗透分析示意图。
图3是本发明让压锚注支护下岩体注浆渗流试验路径图.
图4是本发明让压锚注支护下岩体注浆渗流试验装置图。
图中，1-围岩；2-注浆孔；3-围岩裂隙；4-注浆浆液；5-σ1加载试验路径；6-σ2加载试验路径；7-σ3加载试验路径；8-注浆试验路径；9-σ1方向压头；10-σ2方向压头；11-注浆浆液入口；12-压板；13-反力墙；14-试样；15-注浆浆液出口；16-密封垫。
具体实施方式
实施例1
一种让压锚注耦合支护下岩体注浆渗流及加固特性试验方法：步骤1)准备一台真三轴试验机，包括由六个压板12围合成的正方体容器，各压板12之间设置密封垫16；其中，顶部、左侧以及前侧的压板12外部均设有压头，其中位于顶部压板12上的压头为σ1方向压头9，位于左侧压板12外部的压头为σ2方向压头10，位于前侧压板12外部的压头为σ3方向压头，图中没有显示出来；底部、右侧和后侧压板12外侧设置反力墙13，顶部和底部压板12的内侧分别设置透水板，且顶部压板12开设有注浆浆液入口11，底部压板12开设有注浆浆液出口15。
步骤2)针对让压支护作用下巷道围岩让压变形产生及应力调整过程，考虑让压支护过程的围岩应力路径，设计让压锚注支护下岩体注浆渗流试验路径：σ1加载试验路径5，σ2加载试验路径6，σ3加载试验路径7；
步骤3)：将现场采集的典型深部软岩巷道围岩的岩石样本，加工成规格为100mm×100mm×100mm的正方体试件14(见图4)，将加工好的试样放置在真三轴实验机上，将试样三个方向的载荷施加至无支护情况下的应力状态，即图3中t为零时对应的状态，此时σ3＝0。
步骤4)：按照设计的让压锚注支护下岩体注浆渗流试验路径，进行考虑让压支护应力路径的深部软岩浆液渗透特性的真三轴-注浆试验，详细步骤为：
1)保持σ2不变，以一定速率加载σ3至让压载荷值σH(见图3)，同时以一定的位移加载速率加载σ1；
2)然后保持σ2和σ3不变，继续以一定的位移加载速率u1加载σ1，直至σ3方向位移达到设定的让压变形量lR(见图2，t2为让压结束点)；
3)保持u1、σ2、σ3不变，按照注浆试验路径8完成注浆试验，以一定的速率逐渐增加浆液压力至设定的注浆压力P，然后保持浆液压力P不变进行浆液渗透性试验；
4)注浆渗透试验完成后，将注浆压力降至零，同时以一定的速率将三个方向应力同步降为零，并取出试样。
步骤4)：考虑让压载荷值σH、让压变形量lR、浆液浓度及注浆压力P等参数变化，重复第3步试验，获得不同让压支护应力路径下的深部软岩浆液压力、浆液渗流量和浆液渗透系数等的变化规律。
步骤5)：对让压注浆加固后的深部软岩试样进行14天常温保养，然后再对试样的单轴和三轴强度进行测试，分析获得不同让压锚注支护参数下岩体的加固特性。
Claims (4)
1.一种让压锚注耦合支护下岩体注浆渗流及加固特性试验方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1)设计让压锚注支护下岩体注浆渗流试验路径：深部巷道开挖后围岩由三向应力状态逐渐调整为双向应力状态，不考虑围岩主应力方向的变化，竖直方向应力为σ1，平行于巷道轴向应力为σ2，垂直于巷道表面围岩方向应力为σ3，若无支护的情况下，巷道开挖后，在围岩应力的调整过程中垂直于巷道表面围岩方向应力σ3逐渐减小为零，巷道围岩沿平行于σ1的方向产生较多贯穿裂隙；巷道注浆支护是通过垂直于巷道围岩方向打钻孔，具有一定压力的浆液通过钻孔渗入围岩内部裂隙并沿裂隙扩展方向渗透；取注浆孔下方岩石单元分析，岩石单元内裂隙近似沿平行于σ1方向扩展，注浆浆液从岩石单元上方进入裂隙并沿裂隙向单元下部渗透，基于此，针对让压支护作用下巷道围岩让压变形产生及应力调整过程，考虑让压支护过程的围岩应力路径，设计让压锚注支护下岩体注浆渗流试验路径与应力σ1、σ2、σ3方向相同；
步骤2)通过现场采集典型深部软岩巷道围岩的岩石样本，加工成用于试验研究正方体试件；
步骤3)按照设计的让压锚注支护下岩体注浆渗流试验路径，进行考虑让压支护应力路径的深部软岩浆液渗透特性的真三轴试验；
步骤4)考虑让压载荷值σE、让压变形量uA、浆液浓度及注浆压力P的参数变化，重复步骤3)中的真三轴试验，获得不同让压支护应力路径下的深部软岩浆液压力、浆液渗流量和浆液渗透系数等的变化规律；
步骤5)对让压注浆加固后的深部软岩试样进行14天常温保养，然后再对试样的单轴和三轴强度进行测试。
2.根据权利要求1所述的一种让压锚注耦合支护下岩体注浆渗流及加固特性试验方法，其特征在于，步骤3)中真三轴试验的具体步骤为：
步骤3.1)保持σ2不变，以一定速率加载σ3至让压载荷值σH，同时以一定的位移加载速率加载σ1；
步骤3.2)然后保持σ2和σ3不变，继续以一定的位移加载速率u1加载σ1，直至σ3方向位移达到设定的让压变形量lR；
步骤3.3)保持u1、σ2、σ3不变，按照注浆试验路径完成注浆试验，以一定的速率逐渐增加浆液压力至设定的注浆压力P，然后保持浆液压力P不变进行浆液渗透性试验；
步骤3.4)注浆渗透试验完成后，将注浆压力降至零，同时以一定的速率将三个方向应力同步降为零，并取出试样。
3.根据权利要求1所述的一种让压锚注耦合支护下岩体注浆渗流及加固特性试验方法，其特征在于，步骤2)中所述的正方体试件规格为100mm×100mm×100mm。
4.根据权利要求1所述的一种让压锚注耦合支护下岩体注浆渗流及加固特性试验方法，其特征在于，步骤3或4)中所述的真三轴实验所用的真三轴实验机包括由六个压板12围合成的正方体容器，各压板之间设置密封垫；其中，顶部、左侧以及前侧的压板外部均设有压头，其中位于顶部压板上的压头为σ1方向压头，位于左侧压板外部的压头为σ2方向压头，位于前侧压板外部的压头为σ3方向压头；安装压头的压板的相向侧压板外部对应设置反力墙，顶部和底部压板的内侧分别设置透水板，且顶部压板开设有注浆浆液入口，底部压板开设有注浆浆液出口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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