CN112414853A - 一种爆破冲击下含水裂隙水压测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种爆破冲击下含水裂隙水压测试方法，属于岩土工程爆破模拟试验技术领域，在岩石试件浇筑过程中，形成“聚乙烯醇速溶材料‑可溶盐‑聚乙烯醇速溶材料”式裂隙充填结构；在裂隙侧壁贴合聚乙烯醇速溶材料后，将光纤液位计置于裂隙位置处，预埋在岩石试件中；在裂隙充填结构上部预留注水孔，继续浇筑直至岩石试件整体浇筑完成；通过注水孔向裂隙充填结构注入少量水，使可溶盐材料与聚乙烯醇速溶材料溶解形成裂隙；待岩石试件凝固后，进行裂隙内水压加载与稳压，在岩石试件中部进行爆破激发，对裂隙内水压变化值进行监测采集。本发明在试件内部形成裂隙、可避免裂隙闭合、裂隙预制可靠，且预制裂隙的含水水压测试准确可靠的。

Description

一种爆破冲击下含水裂隙水压测试方法

技术领域

本发明涉及岩土工程爆破模拟试验技术领域，具体涉及一种爆破冲击下含水裂隙水压测试方法。

背景技术

岩体是由包含软弱结构面的各类岩石所组成的具有不连续性、非均质性和各向异性的地质体。岩体的多节理特点导致岩体与单一岩块的力学性质有明显不同。从工程实践的客观需要来看，研究岩体的特征比研究岩石的特征更为重要。这是因为多数岩石的强度都是很高的，岩体中结构面的强度比岩石要低得多，岩体性质受到节理、裂隙影响较大，特别是沿软弱结构面方向的强度较低。节理裂隙中水的存在会降低岩体有效应力，使其承载力降低。隧道等地下工程在富水地层中施工时往往需要考虑水对岩体性质的影响，可通过流-固耦合理论与试验分析等手段开展研究。而在爆破施工过程中，岩体应力重分布导致含水裂隙变形或者爆炸应力波作用于含水裂隙均可能导致裂隙内水压发生变化，尚缺乏一种裂隙水压有效监测方法。

目前对于岩体性质的研究中，裂隙预制主要利用金属或者木制薄板，在浇筑试件时埋入，试件成型后抽出形成裂隙。但是存在两方面问题：一是预制裂隙时，在试件尚未完全凝固时抽出薄板可能导致裂隙闭合；二是若等试件完全凝固，裂隙薄板会和材料相粘结，很难抽出形成裂隙。此外，试验室内预制的多为干燥裂隙，预制在试件表面，试件尺寸多为标准试件，难以满足裂隙饱水条件，也无法适用于岩体内部含水裂隙测试试验；内部裂隙扩展研究主要利用水力压裂试验，裂隙内水压难以实时监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在试件内部形成裂隙、可避免裂隙闭合、裂隙预制可靠，且预制裂隙的含水水压测试准确可靠的爆破冲击下含水裂隙水压测试方法，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供的一种爆破冲击下含水裂隙水压测试方法，在岩石试件浇筑过程中，在指定裂隙位置处利用薄膜状聚乙烯醇速溶材料贴合在裂隙侧壁，形成由薄膜状聚乙烯醇速溶材料包围的空间；

在聚乙烯醇速溶材料贴合紧密后，在聚乙烯醇速溶材料包围的空间内充填可溶盐材料，形成“聚乙烯醇速溶材料-可溶盐-聚乙烯醇速溶材料”式裂隙充填结构；

在裂隙侧壁贴合聚乙烯醇速溶材料后，将光纤液位计置于裂隙位置处，预埋在岩石试件中；

在裂隙充填结构上部预留注水孔，继续浇筑直至岩石试件整体浇筑完成；

通过注水孔向裂隙充填结构注入少量水，促使可溶盐材料与聚乙烯醇速溶材料溶解形成裂隙；

待岩石试件凝固后，进行裂隙内水压加载与稳压，在岩石试件中部进行爆破激发，对裂隙内水压变化值进行监测采集。

优选的，当岩石试件浇筑高度到指定裂隙位置时，暂停浇筑，利用薄板插入混凝土浇注料中，继续浇筑，当预制裂隙形状形成后抽出薄板，再利用薄膜状聚乙烯醇速溶材料贴合在裂隙内壁两侧。

优选的，在裂隙侧壁贴合聚乙烯醇速溶材料后，将光纤液位计置于中空套装管内，将中空套装管布设在裂隙中部一侧。

优选的，所述套装管的前部端口穿过裂隙侧壁上聚乙烯醇速溶材料，将光纤液位计的顶部水压监测感应探头置于裂隙内腔中，导线在套装管的另一端引出。

优选的，裂隙上部加盖阻隔板并利用改性刚性水泥密封，阻隔板中间预留注水孔，连接外部注水管。

优选的，待岩石试件凝固后，利用水压加载装置进行裂隙内水压加载与稳压；在试件中部通过高压脉冲致裂装置进行爆破激发，利用光线液位计对裂隙内水压变化值进行监测，利用光纤解调仪进行数据采集。

本发明有益效果：在试件内部形成裂隙、可避免裂隙闭合、裂隙预制可靠，且预制裂隙的含水水压测试准确可靠的；实现了岩石试件内部含水裂隙预制及裂隙内水压加载功能，同时预埋监测元件实现爆破冲击下水压变化实时监测；通过裂隙预制、水压加载、监测元件布设与实时监测方法实现爆破等动力扰动下的含水裂隙动态响应特征分析，可用于研究富水地层中隧道等地下洞室爆破施工过程围岩稳定性控制等。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例所述的预制裂隙后的岩石试件整体结构图。

图2为本发明实施例所述的预制裂隙结构图。

图3为本发明实施例所述的裂隙密封与注水结构示意图。

图4为本发明实施例所述的光纤液位计布设结构示意图。

图5为本发明实施例所述的光纤液位计在套装管内的设置结构示意图。

其中：1-岩石试件；2-激发震源；3-注水管；4-裂隙；5-光纤液位计；6-可溶盐材料；7-聚乙烯醇速溶材料；8-阻隔板；9-注水孔；10-套装管；11-橡胶塞；12-引线口。

具体实施方式

下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。

实施例

如图1至图4所示，本发明实施例提供一种爆破冲击下含水裂隙水压测试方法，在类岩石材料试件内部预制裂隙，裂隙上部注水孔通过注水管连通试件上表面，利用激发震源模拟爆破等动力扰动，通过预埋监测元件测试裂隙内水压变化规律。具体的，包括如下流程步骤：

在岩石试件1浇筑过程中，在指定裂隙位置处利用薄膜状聚乙烯醇速溶材料7贴合在裂隙侧壁，形成由薄膜状聚乙烯醇速溶材料包围的空间。

在聚乙烯醇速溶材料贴合紧密后，在聚乙烯醇速溶材料包围的空间内充填可溶盐材料6，形成“聚乙烯醇速溶材料-可溶盐-聚乙烯醇速溶材料”式裂隙充填结构；在裂隙侧壁贴合聚乙烯醇速溶材料后，将光纤液位计置于裂隙位置处，预埋在岩石试件中。

在裂隙充填结构上部预留注水孔9，继续浇筑直至岩石试件1整体浇筑完成；通过注水孔向裂隙充填结构注入少量水，促使可溶盐材料与聚乙烯醇速溶材料溶解形成裂隙4。

待岩石试件凝固后，进行裂隙内水压加载与稳压，在岩石试件中部进行爆破激发，对裂隙内水压变化值进行监测采集。

具体而言，试件浇筑高度到指定裂隙位置时，暂停浇筑，先利用薄板插入混凝土，预制裂隙形状后抽出，再利用薄膜状聚乙烯醇速溶材料7贴合在裂隙内壁两侧，裂隙利用可溶盐材料6与聚乙烯醇速溶材料充填成型；可溶盐充填于两层聚乙烯醇速溶材料中间，形成“聚乙烯醇速溶材料-可溶盐-聚乙烯醇速溶材料”三明治式裂隙充填结构。

如图5所示，在裂隙预制过程中布设监测元件。在裂隙侧壁贴合聚乙烯醇速溶材料后，高精度光纤液位计监测元件置于中空套装管10内，布设裂隙中部一侧；套装管10前部端口穿过裂隙侧壁聚乙烯醇速溶材料7，将检测元件顶部水压监测感应探头置于裂隙内腔中，导线通过套装管另一端引出，监测元件与套装管均预埋在试件中。在本实施例中，水压监测元件为光纤液位计5。

套装管10的前端开口，光纤液位计5的探头由前端开口伸出套装管10，伸入裂隙内腔中，光纤液位计5的导线由套装管10后端的引线口12引出，引线口12用橡胶塞11塞住，进一步，引线由橡胶塞11穿出。

裂隙内材料充填成型后，裂隙上部加盖阻隔板并利用改性刚性水泥密封，阻隔板中间预留注水孔，连接外部注水管；裂隙预制与监测元件布设完成后继续浇筑直至试件整体浇筑完成，充填材料注水溶解后形成岩体内部裂隙。

待试件凝固后，利用水压加载装置进行裂隙内水压加载与稳压。在试件中部进行高压脉冲致裂装置作为激发震源2进行爆破激发，对试验过程中裂隙内水压变化值进行监测，利用利用光纤解调仪进行数据采集，并汇总试验结果进行分析。

综上所述，本发明实施例所述的含水裂隙预制与爆破冲击下含水裂隙水压测试方法，在预制裂隙时，利用聚乙烯醇速溶材料7贴合侧壁，可保持裂隙形状与裂隙内表面平整度、隔离试验浇筑材料与裂隙内充填材料；利用可溶盐材料6充填裂隙，形成“聚乙烯醇速溶材料-可溶盐-聚乙烯醇速溶材料”三明治式裂隙充填结构，作为裂隙成型的骨架，是裂隙成型的支撑材料，用于避免后续试件浇筑导致裂隙闭合。

可溶盐与聚乙烯醇速溶材料相结合可有效保持裂隙宽度与形状，利用二者遇水可溶解特性，实现了试件内部一定宽度裂隙的预制，避免直接利用可溶盐充填裂隙后由于继续浇筑导致裂隙形态改变。

在裂隙侧壁贴合聚乙烯醇速溶材料后，将高精度光纤液位计监测元件置于中空套装管内，布设裂隙中部一侧；套装管前部端口穿过裂隙侧壁聚乙烯醇速溶材料，将元件顶部水压监测感应探头置于裂隙内腔中，导线通过套装管另一端引出，监测元件与套装管均预埋在试件中。

在裂隙一侧中部布设监测元件，套装管前部端口穿过裂隙侧壁聚乙烯醇速溶材料，将元件顶部水压监测感应探头置于裂隙内腔中，通过侧壁聚乙烯醇速溶材料将可溶盐和布设在可溶盐中的水压监测感应探头与试验材料隔离，保护探头不被堵塞，待可溶盐材料溶解后可监测裂隙内水压力值；监测元件整体放置在套装管内，与试验材料隔离，避免了与材料接触影响测量精度，也可保护元件不受损伤。

预制裂隙后，上部加盖阻隔板，利用改性刚性水泥材料密封，阻隔盖板既能防治浇筑过程中试验材料从上方进入裂隙破坏裂隙完整性，又能利用其中心的注水孔实现裂隙内水压加载。试件浇筑完成后，利用注水管注水，裂隙内材料溶解后裂隙成型，同时进行实验过程中的水压加载过程。爆破激发时，实现了裂隙水压加载与实时监测。

以上所述仅为本公开的优选实施例，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种爆破冲击下含水裂隙水压测试方法，其特征在于：

在岩石试件浇筑过程中，在指定裂隙位置处利用薄膜状聚乙烯醇速溶材料贴合在裂隙侧壁，形成由薄膜状聚乙烯醇速溶材料包围的空间；

在聚乙烯醇速溶材料贴合紧密后，在聚乙烯醇速溶材料包围的空间内充填可溶盐材料，形成“聚乙烯醇速溶材料-可溶盐-聚乙烯醇速溶材料”式裂隙充填结构；

在裂隙侧壁贴合聚乙烯醇速溶材料后，将光纤液位计置于裂隙位置处，预埋在岩石试件中；

在裂隙充填结构上部预留注水孔，继续浇筑直至岩石试件整体浇筑完成；

通过注水孔向裂隙充填结构注入少量水，促使可溶盐材料与聚乙烯醇速溶材料溶解形成裂隙；

待岩石试件凝固后，进行裂隙内水压加载与稳压，在岩石试件中部进行爆破激发，对裂隙内水压变化值进行监测采集。

2.根据权利要求1所述的爆破冲击下含水裂隙水压测试方法，其特征在于：当岩石试件浇筑高度到指定裂隙位置时，暂停浇筑，利用薄板插入混凝土浇注料中，继续浇筑，当预制裂隙形状形成后抽出薄板，再利用薄膜状聚乙烯醇速溶材料贴合在裂隙内壁两侧。

3.根据权利要求2所述的爆破冲击下含水裂隙水压测试方法，其特征在于：在裂隙侧壁贴合聚乙烯醇速溶材料后，将光纤液位计置于中空套装管内，将中空套装管布设在裂隙中部一侧。

4.根据权利要求3所述的爆破冲击下含水裂隙水压测试方法，其特征在于：所述套装管的前部端口穿过裂隙侧壁上聚乙烯醇速溶材料，将光纤液位计的顶部水压监测感应探头置于裂隙内腔中，导线在套装管的另一端引出。

5.根据权利要求4所述的爆破冲击下含水裂隙水压测试方法，其特征在于：裂隙上部加盖阻隔板并利用改性刚性水泥密封，阻隔板中间预留注水孔，连接外部注水管。

6.根据权利要求5所述的爆破冲击下含水裂隙水压测试方法，其特征在于：待岩石试件凝固后，利用水压加载装置进行裂隙内水压加载与稳压；在试件中部通过高压脉冲致裂装置进行爆破激发，利用光线液位计对裂隙内水压变化值进行监测，利用光纤解调仪进行数据采集。

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