CN108519308B - 一种贯通裂隙岩体注浆浆液扩散试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种贯通裂隙岩体注浆浆液扩散试验方法，该方法基于现场观测参数，利用3D打印技术构造中空的岩体裂隙骨架，在每个裂隙的表层、端部、交汇点铺设监测元件，骨架的外表层厚度满足岩体强度相似属性要求；中空裂隙骨架连接点样毛细管，控制裂隙内的含水饱和度；以骨架为基础铺设与现场相似的岩层砂砾并降温处理，在两侧施加与地应力相似的预应力而压实，按比例打钻深入与裂隙穿孔贯通，利用注浆泵向裂隙内进行高温注浆；借助PC端及热感仪观测注浆过程，待注浆结束后拆除装置观察浆液在裂隙内的扩散形式。本发明操作简单，易于真实反映注浆时浆液在贯通裂隙岩体中的实时扩散、应力分布，是研究复杂裂隙岩体注浆技术有效的试验方法。

Description

一种贯通裂隙岩体注浆浆液扩散试验方法
技术领域
本发明涉及研究裂隙岩体在注浆条件下裂隙内浆液扩散规律、扩散范围及其围岩应力、应变变化情况的试验方法，尤其涉及一种贯通裂隙岩体注浆浆液扩散试验方法。
背景技术
注浆加固技术作为一种成熟的施工技术被广泛应用于采矿工程、隧道工程、地基工程、水利工程等领域，目前已经有了200多年的历史。当前针对注浆理论、注浆效果等进行了广泛的研究，但是理论研究与工程应用的关系仍处于初级阶段，尤其是对浆液扩散规律、封堵加固效果的试验方法等仍处于发展阶段，逐渐发展了多孔介质的试验方法、静水条件下的试验方法、动水条件的试验方法等。
但由于工程岩体的复杂性、隐蔽性，对注浆技术的研究多集中于简化的数值研究、理想化的试验研究，尤其是裂隙岩体的裂隙网络的复杂性，目前多针对单一裂隙进行研究，缺乏在考虑复杂贯通裂隙网络中的浆液扩散规律及其影响的试验方法，对研究注浆过程的同时考虑粗糙度、裂隙交叉作用、水压、地应力变化等真实条件的试验方法较少。
发明内容
针对以上现有研究注浆浆液扩散规律及其影响的试验方法中所存在的问题做出改进，提出了一种贯通裂隙岩体注浆浆液扩散试验方法，目的在于提供一种分析考虑复杂贯通裂隙网络等多重因素作用下的、分析裂隙岩体的浆液扩散规律及其效果的、分析注浆过程中对岩石力学性质影响的易实施的试验方法。该方法依赖于打印好的具有一定厚度的空壳贯通裂隙；以此为骨架铺设相似岩层砂砾并铺设监测元件连接PC端；用点样毛细管连接空壳裂隙，并根据现场的裂隙内含水饱和情况对裂隙进行注水预处理；钻打注浆孔连通空壳裂隙，沿注浆孔向内部灌送浆液。
为实现上述目的，本发明所采取的具体技术方案如下：
步骤一，测定裂隙岩体的结构面特性参数：裂隙空间方位、走向、倾向、水力隙宽、岩层属性、粗糙性、开挖应力，同时扫描裂隙网络的连通状况，对贯通裂隙参数数字化处理；
步骤二，依据贯通裂隙参数利用相应的打印材料借助3D打印机打印贯通裂隙，打印贯通裂隙薄壳厚度满足试验预紧力要求，贯通裂隙骨架为中空型，中空内径为裂隙的水力宽度；
步骤三，将确定的中空型贯通裂隙作为骨架预设在试验装置上，根据试验要求在裂隙的两端部、中部的关键区域布置监测元件并连接PC端；
步骤四，利用点样毛细管一端连接贯通裂隙端部，点样毛细管另一端连接进水泵，实现对裂隙含水饱和度的有效控制；同时在贯通裂隙四周均匀铺设岩层砂砾做地层处理，在处理时保证点样毛细管的安全性；
步骤五，岩层铺设完成后，对岩层实施降温处理并利用试验台试验加载框架、伺服应力加载器对岩层施加预紧力即模拟地应力，加载完成后利用注浆泵向裂隙内进行高温注浆操作，在此过程中实时记录不同位置处监测元件的反应信号，并利用热感仪记录浆液的扩散际线和速度，同时记录注浆参数的实时变化；
步骤六，待注浆完成，浆液凝固后对装置进行拆模，将岩层砂砾移除，观察贯通裂隙内浆液的扩散凝固情况。
进一步优选，所述的打印材料为类岩石材料：石膏、陶瓷材料、石英粉等，仅打印中空型薄壳裂隙。
上述技术方案的处理主要是考虑到所进行的岩石试验，考虑现场实际复杂性，应保持与现场实际情况的一致性，保证试验方法的准确性，降低试验成本进行试验分析。
进一步优选，所述贯通裂隙表面均做粗糙处理，内表层根据现场所测得的粗糙度系数设置。
上述技术方案所带来的技术效果是，实现对裂隙内壁粗糙度的正确表征，反应、考虑了粗糙度对裂隙内浆液扩散的影响。
进一步优选，所述的布置监测元件于试验过程的关键区域，保证连接线平行于岩层分布。
上述技术方案所带来的技术效果是，减小连接线在施压过程中所受到的损害，同时减少对应力监测结果的影响。
进一步优选，所述的点样毛细管，内径0.5mm，连通进水泵。
上述技术方案所带来的技术效果是，作为砂层的水流通道，而不对浆液扩散试验数据产生大的影响，为裂隙提供水源，包括静水与动水条件。
进一步优选，所述的试验台采用液压伺服控制、多级分步加载，可以对贯通裂隙岩体模型实现非均布加载。
上述技术方案所带来的技术效果是，可以有效实现对实际岩层开挖过程的采动应力的显现，接近于现场实际。
进一步，步骤五中，压实后的模型利用钻机打注浆钻孔与裂隙网络实现贯通，对模型实施高温灌浆操作。
优选的，所述的高温注浆，对浆液实施高温处理，提高热感仪成像的清晰度，便于观察。
优选的，所述的热感仪动态观测高温浆液的扩散形式。
本发明的有益效果为，所提出的一种贯通裂隙岩体注浆浆液扩散试验方法，能够实现对工程实际复杂裂隙网络的试验操作，并考虑了裂隙的各类参数性质，较真实的反映现场实际环境，能够实时观测浆液动态扩散过程，为相关的理论研究、工程应用提供了试验依据。
附图说明
图1为本发明的一种贯通裂隙岩体注浆浆液扩散试验方法的试验流程图；
图2为本发明的一种贯通裂隙岩体注浆浆液扩散试验方法的试验结构图；
图3为本发明的一种贯通裂隙岩体注浆浆液扩散试验方法的机打贯通裂隙结构图。
图中：1试验加载框架；2试验底座；3伺服应力加载器；4注浆泵；5管道；6PC端；7监测组件连接线；8加载器连接线；9监测线；10监测元；11岩层砂砾；12贯通裂隙；13注浆孔；14点样毛细管。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行详细说明。
如图1所示，整个试验方法的实施中除了两大过程：贯通裂隙的制备、浆液扩散试验实施，还包含了几个外部系统的综合协同作用。模拟地应力场的试验装置，该装置是试验进行的基础设备，为构建贯通裂隙岩体提供试验场所并模拟实际地应力；注浆系统，由注浆泵、管道、注浆孔组成，在试验中提供浆液；监测系统，该系统由应力监测元件、监测线路、热感仪、PC端共同组成，对浆液在裂隙中的扩散实现实时观测和应力的监测。
如图2、3所示，所述的一种贯通裂隙岩体注浆浆液扩散试验方法，其特征在于，依赖于打印好的具有一定厚度的空壳贯通裂隙12；以此为骨架铺设相似岩层砂砾11并铺设监测元10连接PC端6；用点样毛细管14连接空壳裂隙，并根据现场的裂隙内含水的饱和情况对裂隙进行处理；钻打注浆孔13连通空壳裂隙12，沿注浆孔向内部灌送浆液。
所述的试验方法具体操作如下：
步骤一，利用现有技术对工程中裂隙岩体的结构面特性参数：裂隙空间方位、走向、倾向、水力隙宽、岩层属性、粗糙性、开挖应力进行测定，同时扫描裂隙网络的连通状况，结合计算机软件对裂隙参数数字化处理。
步骤二，依据裂隙参数利用当前的打印材料借助3D打印机打印贯通裂隙12，打印时只打印具备一定薄壳厚度的中空型裂隙，中空内径为裂隙的水力宽度。
步骤三，对打印好的中空裂隙进行压力测试，测试确定能够满足试验预紧力的厚度，将确定的中空型贯通裂隙作为骨架预设在试验装置上，根据试验要求在裂隙的端部、根部、中部的关键区域布置监测元件10并连接PC端6。
步骤四，利用点样毛细管14连接裂隙端部，点样毛细管14连接出水泵，同时均匀铺设岩层砂砾11做地层处理，在处理时要保证点样毛细管14的安全性。
步骤五，岩层铺设完成后，对岩层实施降温处理并利用试验台试验加载框架1、伺服应力加载器3对岩层施加预紧力即模拟地应力，加载完成后利用注浆泵4向裂隙内进行高温注浆操作，在此过程中实时记录不同位置处监测元件10的反应信号，并利用热感仪记录浆液的扩散际线和速度，同时记录注浆参数的实时变化。
步骤六，待注浆完成浆液凝固后对装置进行拆模，将岩层砂砾移除处理，观察贯通裂隙内浆液的扩散凝固情况。
进一步优选，所述的打印材料为类岩石材料：石膏、陶瓷材料、石英粉等。
进一步优选，所述的中空贯通裂隙其表面均做粗糙处理，内表层根据现场所测得的粗糙度系数进行设计。
进一步优选，所述的布置监测元件于试验过程的关键区域，保证连接线平行于岩层分布。
进一步优选，所述的点样毛细管，内径0.5mm，连通进水泵。
进一步优选，所述的试验台采用液压伺服控制、多级分步加载，可以对贯通裂隙岩体模型实现非均布加载。
优选的，所述的高温注浆，对浆液实施高温处理，提高热感仪成像的清晰度，便于观察。
优选的，所述的热感仪动态观测高温浆液的扩散形式。
本发明能够实现对工程实际复杂裂隙网络的试验操作，并就裂隙各类参数对浆液扩散的影响做出分析，真实反映实际环境，实时观测浆液扩散，成本降低，试验方法易于实现。

Claims (5)

1.一种贯通裂隙岩体注浆浆液扩散试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，测定裂隙岩体的结构面特性参数：裂隙空间方位、走向、倾向、水力隙宽、岩层属性、粗糙性、开挖应力，同时扫描裂隙网络的连通状况，对贯通裂隙参数数字化处理；
步骤二，依据贯通裂隙参数利用相应的打印材料借助3D打印机打印贯通裂隙，打印贯通裂隙薄壳厚度满足试验预紧力要求，贯通裂隙骨架为中空型，中空内径为裂隙的水力宽度；
步骤三，将确定的中空型贯通裂隙作为骨架预设在试验装置上，根据试验要求在裂隙的两端部、中部的关键区域布置监测元件并连接PC端；
步骤四，利用点样毛细管一端连接贯通裂隙端部，点样毛细管另一端连接进水泵，实现对裂隙含水饱和度的有效控制；同时在贯通裂隙四周均匀铺设岩层砂砾做地层处理，在处理时保证点样毛细管的安全性；
步骤五，岩层铺设完成后，对岩层实施降温处理并利用试验台试验加载框架、伺服应力加载器对岩层施加预紧力即模拟地应力，加载完成后利用注浆泵向裂隙内进行高温注浆操作，在此过程中实时记录不同位置处监测元件的反应信号，并利用热感仪记录浆液的扩散际线和速度，同时记录注浆参数的实时变化；
步骤六，待注浆完成，浆液凝固后对装置进行拆模，将岩层砂砾移除，观察贯通裂隙内浆液的扩散凝固情况。
2.根据权利要求1所述的一种贯通裂隙岩体注浆浆液扩散试验方法，其特征在于，步骤二中，所述贯通裂隙表面均做粗糙处理，内表层根据现场所测得的粗糙度系数设置。
3.根据权利要求1或2所述的一种贯通裂隙岩体注浆浆液扩散试验方法，其特征在于，步骤五中，压实后的模型利用钻机打注浆钻孔与裂隙网络实现贯通，对模型实施高温灌浆操作。
4.根据权利要求1或2所述的一种贯通裂隙岩体注浆浆液扩散试验方法，其特征在于，点样毛细管内径0.5mm。
5.根据权利要求3所述的一种贯通裂隙岩体注浆浆液扩散试验方法，其特征在于，点样毛细管内径0.5mm。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110514808A (zh) * 2019-08-22 2019-11-29 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种岩体裂隙注浆试验系统

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109142158B (zh) * 2018-09-14 2020-08-28 太原理工大学 一种模拟浆液扩散通道并检测注浆参数的实验装置与方法
CN109975177B (zh) * 2019-04-30 2023-11-10 中南大学 一种水平注浆口注浆扩散形态的模拟试验装置及方法
CN110470522B (zh) * 2019-09-19 2020-10-30 东北大学 一种预制不同含水饱和度裂隙网络岩体试样的方法
CN110646294B (zh) * 2019-10-16 2021-07-16 东北大学 模拟水岸边坡岩石单侧浸水弱化的岩石力学试验设备及其使用方法
CN111257538A (zh) * 2020-02-20 2020-06-09 武汉大学 一种考虑应力作用的裂隙岩体注浆模拟可视化试验系统及试验方法
CN111766181B (zh) * 2020-06-29 2023-05-12 东北电力大学 原位水生态营养盐沉积物-上覆水界面迁移转化模拟系统
CN113702246B (zh) * 2021-08-25 2023-02-03 河海大学 一种充填裂隙网络中污染物迁移的监测装置及监测方法
CN113758459A (zh) * 2021-09-07 2021-12-07 郑州大学 定量表征高聚物注浆材料与混凝土接触面形貌特征的方法
CN114397233B (zh) * 2021-12-30 2023-12-29 山东科技大学 一种定向钻孔注浆的三维模拟试验方法
CN114839119B (zh) * 2022-04-23 2022-12-20 吉林大学 探究x型裂隙网中核素传质规律的三维模拟装置及其方法
CN115015251B (zh) * 2022-06-01 2024-03-12 青岛理工大学 一种多作用力下的可视化三维裂隙注浆实验系统及方法
CN116359077B (zh) * 2022-12-29 2023-10-10 中国科学院武汉岩土力学研究所 富热泉地区深部地层注浆运移扩散模拟试验系统及方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102419303B (zh) * 2011-08-15 2013-03-13 山东科技大学 复杂条件下的裂隙注浆可视化试验装置
CN203881739U (zh) * 2014-04-30 2014-10-15 山东大学 一种可加载地应力、孔隙水压力的注浆模型试验装置
CN104266936B (zh) * 2014-08-29 2017-09-26 广西交通科学研究院 注浆浆液可注性测试评价方法与装置
CN105181932B (zh) * 2015-09-09 2017-03-22 中国矿业大学 一种裂隙岩体可视化注浆试验装置及试验方法
CN105628470B (zh) * 2015-12-29 2018-06-19 河海大学 一种基于3d打印技术的贯通裂隙岩体试样的制备方法
CN105510206B (zh) * 2016-01-19 2017-11-28 山东科技大学 一种注浆扩散三维监测系统及监测方法
CN106092856A (zh) * 2016-07-15 2016-11-09 中国矿业大学 一种粗糙裂隙网络渗流定量可视化模拟系统及其试验方法
CN106885758A (zh) * 2017-03-01 2017-06-23 山东大学 一种可视化劈裂注浆扩散过程模拟试验装置及使用方法
CN107782640B (zh) * 2017-10-20 2020-07-31 东北大学 一种进行岩石试件含水均匀性检测和扩散系数计算的方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110514808A (zh) * 2019-08-22 2019-11-29 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种岩体裂隙注浆试验系统

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Assignee: BEIFANG YANSHENG ENGINEERING TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Assignor: Northeastern University

Contract record no.: X2022210000041

Denomination of invention: A kind of test method for grouting slurry diffusion through fractured rock mass

Granted publication date: 20190607

License type: Common License

Record date: 20220902