CN109827823B - 一种可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置及使用方法，该试验装置包括浆液注入构件、用于放置模拟岩石节理面胶结用的试件的若干承台组件及用于支撑固定浆液注入构件和承台组件的支撑体；浆液注入构件包括相互连通的第一注入盒和第二注入盒；第二注入盒呈长方体型，沿其长度方向所对称的两个面上开设有若干呈阵列排布、且与试件待胶结面匹配的开孔；支撑体包括底座和与底座固定为一体的两个支撑框架，两个支撑框架沿垂直方向设置有承台支撑层。本发明使浆液自然凝固，能够更加直观、真实的模拟岩石节理面被胶结加固的过程，使得实验过程不在抽象化；得到更符合天然节理面的裂隙被胶结填充的岩石节理岩胶结试样，为研究岩石节理面剪切变形和破坏机制提供可靠有效数据。

Description

一种可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置及使用 方法

技术领域

本发明属于岩土工程中关于岩石节理面研究领域，特别是一种可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置及使用方法。

背景技术

在漫长的地质历史演变过程中，岩石(体)经受了不同大小和不同方向的多期构造应力场的长期作用，从而导致了岩体结构面分布的随机性、形态的多样性和空间组合的复杂性，以至于对岩体结构的研究变得非常复杂，仅仅利用有限几个统计量(均值、方差等)难以全面描述结构面的特性。而且，由于天然露头或开挖面的限制，人们很难对岩体内结构面的几何参数进行系统而确定性的测量，使得对岩体中结构面特征的完备描述变得困难，有时甚至是不可能的。因此在岩体结构研究方面迫切需要更先进的分析手段和方法。

目前对于模拟岩石节理面试样剪切变形和破坏机制的相关研究大都是利用数值模拟进行探究，少有通过具体试验在节理面之间加入胶结物探究其剪切强度和破坏机制。由于数值模拟不能有效直观的形成物理的岩石节理面，使得试验过程过于抽象化，不能形成直观的物理形象。即使在出现的少数岩石节理面胶结模拟的试验装置中，也仅能采用固体或塑性较强的半固体进行胶结，无法利用流体进行胶结。

发明内容

针对目前现有技术中使用数值模拟研究岩石节理面剪切变形和破坏机制存在的过程过于抽象、不能形成直观探究的问题，本发明的目的是提供一种可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置，可直观观察岩石节理面胶结过程，得到模拟岩石节理面胶结试样。

本发明的另一目的旨在提供所述可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置的使用方法。

本发明提供的可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置，包括浆液注入构件、用于放置模拟岩石节理面胶结用的试件的若干承台组件及用于支撑固定浆液注入构件和承台组件的支撑体；所述浆液注入构件包括相互连通的第一注入盒和第二注入盒，两注入盒均为透明结构，其顶部开孔；第一注入盒底部设置有出水口；第二注入盒呈长方体型，沿其长度方向所对称的两个面上开设有若干呈阵列排布、且与试件待胶结面匹配的开孔；每组承台组件包括用于放置模拟岩石节理面胶结用的成对试件的两个透明承台；所述支撑体包括底座和与底座固定为一体的两个支撑框架，两个支撑框架沿垂直方向设置有承台支撑层；所述第一注入盒和第二注入盒垂直安装于底座上，第二注入盒嵌入到两个支撑框架之间，支撑框架上承台支撑层设计位置与第二注入盒上开设的每层开孔底边位置相匹配，数量与开孔层数相同。将承台组件放置于支撑框架支撑层上，然后成对试件放置于对应承台上，成对试件之间的间隙形成流体通道，然后通过第一注入盒和第二注入盒向成对试件的间隙注入所需浆液，所需浆液胶结后即得到岩石节理面胶结试样。第一注入盒和第二注入盒还可以起到控制浆液用量及稳定注浆位置的作用。

上述可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置，还包括设置于第一注入盒和第二注入盒连通位置的可插拔第一阻隔件及设置于第二注入盒内、与第二注入盒上开设的相邻两列开孔之间间隔位置对应的可插拔第二阻隔件。第一阻隔件用于控制第一注入盒和第二注入盒内浆液的注入顺序；在浆液注入完成后，利用第二阻隔件用于将相邻试件隔开，以便于将胶结试样取出。在优选实现方式中，第二注入盒内、与第二注入盒上开设的相邻两列开孔之间设置的第二阻隔件数量为两个，第二注入盒上与第一注入盒连通端相对的一端设置有可插拔第三阻隔件，这样相当于将成对的试件单独隔离，更有利于试样脱膜。为了提高第一阻隔件、第二阻隔件和第三阻隔件的阻隔效果，第一阻隔件、第二阻隔件和第三阻隔件的宽度宽于第二注入盒沿其长度方向所对称的两个面之间的间隙，第二注入盒所对称的两个面内壁上开设有凹槽，相对两个凹槽构成放置第一阻隔件、第二阻隔件或第三阻隔件的插入空间。为了使操作方便，所有凹槽形状均相同，第一阻隔件、第二阻隔件和第三阻隔件的宽度也都相同。上述第一阻隔件、第二阻隔件和第二阻隔件可以为管件（例如中空方管），也可以为板条，第一阻隔件、第二阻隔件和第二阻隔件的材质可以为亚克力或钢。

上述可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置，还可利用密封胶泥将试件与第二注入盒上对应开孔的缝隙密封，避免这些位置被混合浆液胶结，不利于胶结试样脱膜。

上述可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置，支撑框架每个支撑层均有两根以上横杆构成，横杆两端通过立杆固定于底座上，同一支撑层的横杆端部通过横梁连接，横杆、立杆和横梁共同构成支撑框架。支撑框架的长度不短于第二注入盒的长度，以对承台及其上的试件实现良好支撑。本发明中，横杆的长度即为支撑框架的长度，因此横杆的长度不短于第二注入盒的长度。

上述可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置，所述第一注入盒、第二注入盒、承台材质为亚克力，支撑体材质为亚克力或钢。所需材质厚度均需满足可承受模拟岩石节理面试件的质量，同时易于制作和拆卸。

上述可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置，为了便于对整个试验装置进行移动，所述底座底部均匀布设有若干万向轮。

本发明所提供的试验装置一般是流体粘稠度较低的浆液，当只有一种浆液（如水泥、水晶胶、聚合物水泥基防水涂料等）时，可以不区分第一注入盒和第二注入盒。当采用的浆液多于一种时，该试验装置能够通过调整第一注入盒和第二注入盒的使用顺序，得到具有不同胶结效果的结岩石节理面胶结试样。本发明针对所采用的浆液不同，进一步提供了上述可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置的两种使用方法。

本发明提供的上述可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置的第一种使用方法，包括以下步骤：

（1）清洗第一注入盒（11）和第二注入盒内壁，并将第一注入盒（11）和第二注入盒（12）放置于底座（31）的相应位置上，然后将承台组件分别铺设于两组支撑框架上，再将模拟岩石节理面胶结用的成对试件放置于承台组件的透明承台上，通过度量尺确定成对试件之间节理面缝隙宽度；

（2）利用密封胶泥封堵试件与第二注入盒上相应开孔（121）四周留出的多余空隙，并将第一注入盒（11）底部的出水口堵上，然后使用清水检漏，如果不漏水则通过第一注入盒底部的出水口（111）放空清水，如果漏水则重新封堵；

（3）将第一阻隔件插入第一注入盒与第二注入盒连通位置的凹槽内，将第一注入盒和第二注入盒的注浆区域分开；

（4）在第二注入盒（12）中注入第一种浆液，其液面高度需超过最顶层试件高度，但不要超过第二注入盒盒顶高度，浸泡时间可根据试验具体情况调整，一般至少6小时，优选为6~24h；

（5）将第一注入盒（11）底部的出水口关闭，然后在第一注入盒（11）中注入第二种浆液，其液面高度与第一种浆液液面高度一致，注入完毕后，将第一阻隔件完全抽出，使第一注入盒与第二注入盒中的两种浆液充分混合均匀形成胶结液；

（6）待两种浆液混合均匀后，将第一阻隔件、第二阻隔件和第三阻隔件插入第二注入盒（12）中相应凹槽中；

（7）将第一注入盒（11）底部的出水口打开，放空第一注入盒中的胶结液；

（8）胶结液完全胶结形成凝固物后，即得到模拟岩石节理面胶结试样。

上述第一种浆液为和第二种浆液相互配合使用，混合后得到具有胶结效果的胶结液。例如对于混合后起粘接作用的AB胶，本胶和硬化剂分别配制成第一种浆液和第二种浆液。再比如岩质边坡模拟试验中使用的以微生物为主的流体胶结液，其以菌液作为第一种浆液，以营养液作为第二种浆液，用于上述试验过程。菌液中使用的菌种可以是产生酶的任何一种微生物，其原理即微生物生长代谢产酶，催化分解化合物，产生溶于水中的酸根离子，后与成盐离子反应生成沉淀起到胶结作用。菌种有巴氏芽孢八叠球菌，巴氏芽孢杆菌等。

本发明提供的上述可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置的第二种使用方法，包括以下步骤：

（1）清洗第一注入盒（11）和第二注入盒内壁，并将第一注入盒（11）和第二注入盒（12）放置于底座（31）的相应位置上，然后将承台组件分别铺设于两组支撑框架上，再将模拟岩石节理面胶结用的成对试件放置于承台组件的透明承台上，通过度量尺确定成对试件之间节理面缝隙宽度；

（2）利用密封胶泥封堵试件与第二注入盒上相应开孔（121）四周留出的多余空隙，并将第一注入盒（11）底部的出水口堵上，然后使用清水检漏，如果不漏水则通过第一注入盒底部的出水口（111）放空清水，如果漏水则重新封堵；

（3）将第一阻隔件插入第一注入盒与第二注入盒连通位置的凹槽内，将第一注入盒和第二注入盒的注浆区域分开；

（4）在第二注入盒（12）中注入第三种浆液至超过最上层的试件高度，静置对试件节理面进行pH调整或者湿润处理；

（5）将第一阻隔件提起，使第三种浆液从第一注入盒底部的出水口排出；

（6）再次将第一阻隔件插到底，在第二注入盒（12）中注入第四种浆液，其液面高度需超过最顶层试件高度，但不要超过第二注入盒盒顶高度，浸泡时间可根据试验具体情况调整，一般至少6小时，优选为6~24h；

（7）将第一注入盒（11）底部的出水口关闭，然后在第一注入盒（11）中注入第五种浆液，其液面高度与第一种浆液液面高度一致，注入完毕后，将第一阻隔件完全抽出，使第一注入盒与第二注入盒中的两种浆液充分混合均匀形成胶结液；

（8）待两种浆液混合均匀后，将第一阻隔件、第二阻隔件和第三阻隔件插入第二注入盒（12）中相应凹槽中；

（9）将第一注入盒（11）底部的出水口打开，放空第一注入盒中的胶结液；

（10）胶结液完全胶结形成凝固物后，即得到模拟岩石节理面胶结试样。

上述第三种浆液用于对试件节理面进行pH调整或者湿润处理，可以为水、酸性溶液或碱性溶液等。第四种浆液和第五种浆液也是相互配合使用，混合得到具有胶结效果的胶结液，其选择与前面所述第一种浆液和第二种浆液的相同。

综上所述，本发明所提供的可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置及使用方法，具有如下有益效果：

（1）本发明可以通过设置的浆液注入构件向成对试件之间注入浆液，使浆液自然凝固，能够更加直观、真实的模拟岩石节理面被胶结加固的过程，使得实验过程不在抽象化；得到更符合天然节理面的裂隙被胶结填充的岩石节理岩胶结试样，为研究岩石节理面剪切变形和破坏机制提供可靠有效数据。

（2）本发明可以通过设置于第一注入盒和第二注入盒连通位置的可插拔第一阻隔件，实现对第一注入盒和第二注入盒内浆液的注入顺序和混合情况，从而根据不同顺序和成分有序地混合胶结液，从而最终得到一种混合后具有胶结效果的胶结液，模拟不同环境下的岩石节理面胶结情况。

（3）本发明可以通过设置在第二注入盒内的第二阻隔件和第三阻隔件将不同试样分隔，便于得到的胶结试样脱膜。

（4）本发明通过设置有若干试件承台支撑层的支撑框架，将试件竖向布置，既节约了空间，又能够满足质量大、数量多的岩石节理试件模拟承载能力需求。

（5）本发明通过第一注入盒和第二注入盒注入浆液，相较于传统的浸泡方式，在保证试件关键需要胶结部分的浆液用量的同时，最大化地节省浆液用量，也有助于提升浆液配制时间和效率。

（6）本发明提供的试验装置具有很好的整体性和可拆卸性，并能够进行移动，可在本领域推广使用。

（7）本发明可以通过第一注入盒和第二注入盒分别注入菌液和营养液，从而得到含有微生物的胶结液，能够实现对岩土工程岩质边坡加固过程中岩石节理面胶结过程的模拟，从而有助于岩质边坡加固研究的深入开展。

附图说明

图1为可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置的立体图。

图2为可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置的俯视图。

图3为可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置的侧视图。

图4为可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置放置上试件之后的立体图。

图5为方管结构示意图。

其中，1、浆液注入构件，11、第一注入盒，111、出水口，112、边板一，113、边板二，114、边板三，115、边板四，116、边板五，12、第二注入盒，121、开孔，122、凹槽，123、边板六，124、边板七，125、边板八，13、底板，2、承台组件，21、长承台，22、短承台，3、支撑体，31、底座，32、第一支撑框架，321、横杆，322、立杆， 323、横梁，33、第二支撑框架，34、万向轮，4、第一阻隔件，5、第二阻隔件，6、第三阻隔件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例

本发明提供的可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置，如图1至图4所示，其包括浆液注入构件1、若干阻隔件、用于放置模拟岩石节理面胶结用的试件的若干承台组件2及用于支撑固定浆液注入构件和承台组件的支撑体3。

如图1及图2所示，浆液注入构件1包括相互连通的第一注入盒11和第二注入盒12。第一注入盒11结构其截面呈正方形，由边板一112、边板二113、边板三114、边板四115、边板五116顺次连接构成第一注入盒的侧面。第二注入盒12为长方体结构，由边板六123、边板七124、边板八125顺次连接构成第二注入盒12的侧面。边板六123和边板七124构成沿其长度方向所对称的两个面，其上对称开设有9个呈阵列排布的开孔121，开孔结构均与试件待胶结面匹配。边板一112、边板五116分别与边板六123和边板八125连接，使第一注入盒和第二注入盒连通。边板一112、边板二113、边板三114、边板四115、边板五116、边板六123、边板七124和边板八125的下端均匀底板13连接，底板13作为第一注入盒和第二注入盒的共同底部。两注入盒的材质均为亚克力板。第一注入盒底部底板部分设置有出水口111，该出水口下方安装有一个用于控制器关闭打开的水龙头。

为了便于对注入浆液的注入情况控制及后期脱模方便，本实施例还在设置了若干可插拔阻隔件，阻隔件分为三种：第一阻隔件、第二阻隔件和第三阻隔件。如图4所示，第一阻隔件4设置于第一注入盒11和第二注入盒12连通位置，第一阻隔件数量为1个。第二阻隔件5设置于第二注入盒内、与第二注入盒上开设的相邻两列开孔之间间隔位置，每个位置设置两个第二阻隔件，本实施例中共设置了四个第二阻隔件。第三阻隔件6设置在第二注入盒尾端，与第一阻隔件首尾相应。这样能够保证每个试件两端均有一个阻隔件，便于后期脱模。本实施例中，第一阻隔件4、第二阻隔件5和第三阻隔件6均为不锈钢方管，结构相同，如图5所示。为了提升阻隔效果，第一阻隔件、第二阻隔件和第三阻隔件的宽度略宽于边板六和边板八之间的内壁间隙，因此在边板六和边板八内壁相应位置开设有凹槽122，边板六和边板八内壁对应凹槽构成第一阻隔件、第二阻隔件和第三阻隔件的插入空间。

如图1所示，每组承台组件2包括用于放置模拟岩石节理面胶结用的成对试件的两个亚克力承台：长承台21和短承台22。长承台21和短承台22具体尺寸可以根据所针对的研究试件大小进行设计。

如图1至图4所示，支撑体3包括底座31和与底座固定为一体的第一支撑框架32和第二支撑框架33，第一支撑框架用于承载短承台及试件，第二支撑框架用于承载长承台及试件。两个支撑框架沿垂直方向设置有承台支撑层。第一注入盒11和第二注入盒12垂直安装于底座31上，第二注入盒嵌入到两个支撑框架之间，支撑框架上承台支撑层设计位置与第二注入盒上开设的每层开孔底边位置相匹配，数量与开孔层数相同。本实施例中，底座为由若干根不锈钢方管搭接而成。每个支撑框架均由四根立杆、六根横杆和两根横梁构成，立杆、横杆和横梁均为不锈钢方管。对于第一支撑框架，六根横杆321分为三组构成三个支撑层，横杆两端通过立杆322固定于底座上，同一层的横杆端部通过横梁323连接固定。第二支撑框架的结构与第一支撑框架结构基本相同，其不同之处在于同一支撑层内的两根横杆之间距，该间距与其上的承台尺寸想匹配，只要能支撑固定承台即可。底座不锈钢杆的位置可以结合第一注入盒、第二注入盒和两个支撑框架的位置进行设计。为了更好的固定第二注入盒，两支撑框架中横杆的长度比第二注入盒长度略长，且第二注入盒两侧与两支撑框架之间间隙配合。

本实施例采用的试件尺寸为200mm×100mm×100mm。本实施例中第一注入盒内部空间尺寸为80mm×80mm×505mm。第二注入盒内部空间尺寸为790mm×15mm×505mm。采用的亚克力板厚度为10mm。不锈钢方管截面尺寸为19mm×19mm，壁厚为1.2mm。

本实施例提供的试验装置使用方法：

（一）当注入两种浆液对模拟岩石节理面进行胶结时，采用本实施例提供的试验装置模拟岩石节理面胶结的试验操作包括以下流程：

（1）清洗第一注入盒11和第二注入盒内壁，并将第一注入盒11和第二注入盒12准确放置于底座31的相应位置上，然后将9组长承台21和短承台22构成的承台组件铺设于第一支撑框架32和第二支撑框架33上，再将模拟岩石节理面胶结用的成对试件放置于长承台21和短承台22上，并在试件上下两面铺垫锡箔纸以防止注浆过程污染试件，通过度量尺确定成对试件之间节理面缝隙宽度。

（2）利用密封胶泥封堵试件与第二注入盒上相应开孔121四周留出的多余空隙，并将第一注入盒11底部的出水口堵上，然后使用清水检漏，如果不漏水则通过第一注入盒底部的出水口111放空清水，如果漏水则重新封堵。

（3）将第一阻隔件插入第一注入盒与第二注入盒连通位置的凹槽内，将第一注入盒和第二注入盒的注浆区域分开。

（4）在第二注入盒12中注入第一种浆液，其液面高度需超过最顶层试件高度，但不要超过第二注入盒盒顶高度，并浸泡一段时间，一般是6~24h。

（5）将第一注入盒11底部的出水口111关闭，然后在第一注入盒11中注入第二种浆液，其液面高度与第一种浆液液面高度一致，注入完毕后，将第一阻隔件完全抽出，使第一注入盒与第二注入盒中的两种浆液充分混合均匀形成胶结液，为了加快两种浆液的混合，可以在第一注入盒中对浆液进行搅拌。

（6）待两种浆液混合均匀后，将第一阻隔件、第二阻隔件和第三阻隔件插入第二注入盒12中相应凹槽中，以防止浆液凝固而将试件整体粘接在一起，不利于脱模。

（7）将第一注入盒11底部的出水口打开，放空第一注入盒中的胶结液，以避免胶结液凝固后不利于取出凝固物。虽然第二注入盒12的一侧也会滞留部分胶结液，但是为了不影响试件间胶结液的胶结过程，这部分暂不处理，且由于滞留量较少，形成的凝固物也比较容易取出。

（8）胶结液完全胶结形成凝固物后，由于各成对试件之间是相互独立的，不受彼此影响，因此可由短承台向长承台方向平行退出已胶结的试样，进行下一步试验；由于第一阻隔件4、第二阻隔件5和第三阻隔件6不影响试样的取出，因此可以不用取出。

（二）当注入三种浆液对模拟岩石节理面进行胶结时，采用本实施例提供的试验装置模拟岩石节理面胶结的试验操作包括以下流程：

（1）清洗第一注入盒11和第二注入盒内壁，并将第一注入盒11和第二注入盒12准确放置于底座31的相应位置上，然后将9组长承台21和短承台22构成的承台组件铺设于第一支撑框架32和第二支撑框架33上，再将模拟岩石节理面胶结用的成对试件放置于长承台21和短承台22上，并在试件上下两面铺垫锡箔纸以防止注浆过程污染试件，通过度量尺确定成对试件之间节理面缝隙宽度。

（2）利用密封胶泥封堵试件与第二注入盒上相应开孔121四周留出的多余空隙，并将第一注入盒11底部的出水口堵上，然后使用清水检漏，如果不漏水则通过第一注入盒底部的出水口111放空清水，如果漏水则重新封堵。

（3）将第一阻隔件插入第一注入盒与第二注入盒连通位置的凹槽内，将第一注入盒和第二注入盒的注浆区域分开。

（4）在第二注入盒12中注入第三种浆液至超过最上层的试件高度，其液面高度需超过最顶层试件高度，但不要超过第二注入盒盒顶高度，静置24h以上，对节理面进行pH调整或者湿润处理等一次性处理。

（5）将第一阻隔件提起（只要提起一点，便于浆液流出即可，本实施例中提起10cm左右），打开第一注入盒底部的出水口，使第三种浆液从出水口排出。

（6）再次将第一阻隔件插到底，在第二注入盒12中注入第四种浆液，其液面高度需超过最顶层试件高度，但不要超过第二注入盒盒顶高度，并浸泡一段时间，一般是6~24h。

（7）将第一注入盒11底部的出水口关闭，然后在第一注入盒11中注入第五种浆液，注入完毕后，将第一阻隔件完全抽出，使第一注入盒与第二注入盒中的两种浆液充分混合均匀形成胶结液，为了加快两种浆液的混合，可以在第一注入盒中对浆液进行搅拌。

（8）待两种浆液混合均匀后，将第一阻隔件4、第二阻隔件5和第三阻隔件6插入第二注入盒12中相应凹槽中，以防止浆液凝固偶将试件整体粘接在一起，不利于脱模。

（9）将第一注入盒11底部的出水口打开，放空第一注入盒中的胶结液，以避免胶结液凝固后不利于取出凝固物。虽然第二注入盒12的一侧也会滞留部分胶结液，但是为了不影响试件间胶结液的胶结过程，这部分暂不处理，且由于滞留量较少，形成的凝固物也比较容易取出。

（10）胶结液完全胶结形成凝固物后，由于各成对试件之间是相互独立的，不受彼此影响，因此可由短承台向长承台方向平行退出已胶结的试样，进行下一步试验；由于第一阻隔件4、第二阻隔件5和第三阻隔件6不影响试样的取出，因此可以不用取出。

应用例

本应用例以配制的菌液作为第一种浆液，以配制的营养液作为第二种浆液，按照实施例1提供的试验装置模拟边坡加固过程中的岩石节理面胶结，试验操作包括以下流程：

（1）配制菌液：将用接种环从斜面培养基上挑取一环巴氏芽孢八叠球菌落接种至200mL培养基（含蛋白胨5.0g/l，牛肉浸膏3.0g/L，尿素20.0g/L）中，培养48h后，得到巴氏芽孢八叠球菌菌液，即可用于试验。若需要增殖，则取少量（5ml左右）含有菌的液体培养基移植到新的液体培养基。

（2）配制营养液：将浓度为30.03g/L的尿素水溶液和浓度为55.5g/L的氯化钙水溶液按照体积比1:1混合均匀得到营养液。

（3）清洗第一注入盒11和第二注入盒内壁，并将第一注入盒11和第二注入盒12准确放置于底座31的相应位置上，然后将9组长承台21和短承台22构成的承台组件铺设于第一支撑框架32和第二支撑框架33上，再将模拟岩石节理面胶结用的成对试件放置于长承台21和短承台22上，并在试件上下两面铺垫锡箔纸以防止注浆过程污染试件，通过度量尺确定成对试件之间节理面缝隙宽度。

（4）利用密封胶泥封堵试件与第二注入盒上相应开121四周留出的多余空隙，并将第一注入盒11底部的出水口堵上，然后使用清水检漏，如果不漏水则通过第一注入盒底部的出水口111放空清水，如果漏水则重新封堵。

（5）将第一阻隔件插入第一注入盒与第二注入盒连通位置的凹槽内，将第一注入盒和第二注入盒的注浆区域分开。

（6）在第二注入盒12中注入菌液，其液面高度超过最顶层试件高度以上1cm左右，并浸泡6h。

（7）将第一注入盒11底部的出水口关闭，然后在第一注入盒11中注入营养液，其液面高度与菌液液面高度一致，注入完毕后，将第一阻隔件完全抽出，使第一注入盒与第二注入盒中的菌液和营养液充分混合均匀形成胶结液。

（8）待菌液和营养液混合均匀后，将第一阻隔件、第二阻隔件和第三阻隔件插入第二注入盒12中相应凹槽中，以防止浆液凝固偶将试件整体粘接在一起，不利于脱模。

（9）将第一注入盒11底部的出水口打开，放空第一注入盒中的胶结液，以避免胶结液凝固后不利于取出凝固物。虽然第二注入盒12的一侧也会滞留部分胶结液，但是为了不影响试件间胶结液的胶结过程，这部分暂不处理，且由于滞留量较少，形成的凝固物也比较容易取出。

（10）胶结液完全胶结形成凝固物后， 由于各成对试件之间是相互独立的，不受彼此影响，因此可由短承台向长承台方向平行退出已胶结的试样，进行下一步试验。

综上，本发明提供的试验装置具有较好的整体性和可拆卸性，能够节省实验的材料和时间等各项成本，操作方便快捷，拓展了该类采用流体进行胶结的研究思路，在一定程度上推动了利用胶结液粘接模拟岩石节理面试件的试验发展及相关研究开展。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置，其特征在于包括浆液注入构件（1）、用于放置模拟岩石节理面胶结用的试件的若干承台组件（2）及用于支撑固定浆液注入构件和承台组件的支撑体（3）；

所述浆液注入构件（1）包括相互连通的第一注入盒（11）和第二注入盒（12），两注入盒均为透明结构，其顶部开孔；第一注入盒底部设置有出水口（111）；第二注入盒（12）呈长方体型，沿其长度方向所对称的两个面上开设有若干呈阵列排布、且与试件待胶结面匹配的开孔（121）；第一注入盒和第二注入盒连通位置设置有可插拔第一阻隔件（4），第二注入盒内、与第二注入盒上开设的相邻两列开孔之间间隔位置设置有对应的可插拔第二阻隔件（5），第二注入盒上与第一注入盒连通端相对的一端设置有可插拔第三阻隔件（6）；所述第一阻隔件、第二阻隔件和第三阻隔件的宽度宽于第二注入盒沿其长度方向所对称的两个面之间的间隙，第二注入盒所对称的两个面内壁上开设有凹槽（122），相对两个凹槽构成放置第一阻隔件、第二阻隔件或第三阻隔件的插入空间；

每组承台组件（2）包括用于放置模拟岩石节理面胶结用的成对试件的两个透明承台；

所述支撑体（3）包括底座（31）和与底座固定为一体的两个支撑框架（32，33），两个支撑框架沿垂直方向设置有承台支撑层；支撑框架每个支撑层均有两根以上横杆构成，横杆两端通过立杆固定于底座上，同一支撑层的横杆端部通过横梁连接，横杆、立杆和横梁共同构成支撑框架；

所述第一注入盒（11）和第二注入盒（12）垂直安装于底座（31）上，第二注入盒嵌入到两个支撑框架之间，支撑框架上承台支撑层设计位置与第二注入盒上开设的每层开孔底边位置相匹配，数量与开孔层数相同。

2.根据权利要求1所述可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置，其特征在于第二注入盒内、与第二注入盒上开设的相邻两列开孔之间设置的第二阻隔件数量为两个。

3.根据权利要求1所述可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置，其特征在于第一阻隔件、第二阻隔件和第三阻隔件为管件或板条。

4.根据权利要求1所述可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置，其特征在于所述第一注入盒、第二注入盒、承台材质为亚克力，支撑体材质为亚克力或钢；所述第一阻隔件、第二阻隔件和第三阻隔件的材质为亚克力或钢。

5.根据权利要求1所述可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置，其特征在于所述底座底部均匀布设有若干万向轮（34）。

6.权利要求1至5任一权利要求所述可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）清洗第一注入盒（11）和第二注入盒内壁，并将第一注入盒（11）和第二注入盒（12）放置于底座（31）的相应位置上，然后将承台组件分别铺设于两组支撑框架上，再将模拟岩石节理面胶结用的成对试件放置于承台组件的透明承台上，通过度量尺确定成对试件之间节理面缝隙宽度；

（2）利用密封胶泥封堵试件与第二注入盒上相应开孔（121）四周留出的多余空隙，并将第一注入盒（11）底部的出水口堵上，然后使用清水检漏，如果不漏水则通过第一注入盒底部的出水口（111）放空清水，如果漏水则重新封堵；

（3）将第一阻隔件（4）插入第一注入盒与第二注入盒连通位置的凹槽内，将第一注入盒和第二注入盒的注浆区域分开；

（4）在第二注入盒（12）中注入第一种浆液，其液面高度超过最顶层试件高度，浸泡至少6h；

（5）将第一注入盒（11）底部的出水口关闭，然后在第一注入盒（11）中注入第二种浆液，其液面高度与第一种浆液液面高度一致，注入完毕后，将第一阻隔件（4）完全抽出，使第一注入盒与第二注入盒中的两种浆液充分混合均匀形成胶结液；

（6）待两种浆液混合均匀后，将第一阻隔件（4）、第二阻隔件（5）和第三阻隔件（6）插入第二注入盒（12）中相应凹槽中；

（7）将第一注入盒（11）底部的出水口打开，放空第一注入盒中的胶结液；

（8）胶结液完全胶结形成凝固物后，即得到模拟岩石节理面胶结试样。

7.权利要求1至5任一权利要求所述可采用流体分阶段胶结岩石节理面的试验装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）清洗第一注入盒（11）和第二注入盒内壁，并将第一注入盒（11）和第二注入盒（12）放置于底座（31）的相应位置上，然后将承台组件分别铺设于两组支撑框架上，再将模拟岩石节理面胶结用的成对试件放置于承台组件的透明承台上，通过度量尺确定成对试件之间节理面缝隙宽度；

（2）利用密封胶泥封堵试件与第二注入盒上相应开孔（121）四周留出的多余空隙，并将第一注入盒（11）底部的出水口堵上，然后使用清水检漏，如果不漏水则通过第一注入盒底部的出水口（111）放空清水，如果漏水则重新封堵；

（3）将第一阻隔件（4）插入第一注入盒与第二注入盒连通位置的凹槽内，将第一注入盒和第二注入盒的注浆区域分开；

（4）在第二注入盒（12）中注入第三种浆液至超过最顶层试件高度，静置对试件节理面进行pH调整或者湿润处理；

（5）将第一阻隔件（4）提起，使第三种浆液从第一注入盒底部的出水口排出；

（6）再次将第一阻隔件（4）插到底，在第二注入盒（12）中注入第四种浆液超过最顶层试件高度，浸泡至少6h；

（7）将第一注入盒（11）底部的出水口关闭，然后在第一注入盒（11）中注入第五种浆液，其液面高度与第五种浆液液面高度一致，注入完毕后，将第一阻隔件完全抽出，使第一注入盒与第二注入盒中的两种浆液充分混合均匀形成胶结液；

（8）待两种浆液混合均匀后，将第一阻隔件（4）、第二阻隔件（5）和第三阻隔件（6）插入第二注入盒（12）中相应凹槽中；

（9）将第一注入盒（11）底部的出水口打开，放空第一注入盒中的胶结液；

（10）胶结液完全胶结形成凝固物后，即得到模拟岩石节理面胶结试样。