CN112946006A - 裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法及系统,包括:获取待测岩体的柱状岩心试样进行切割;将试样进行抽真空饱水处理,得到饱水试样;擦除饱水试样表面的水,然后进行核磁共振采样,测量饱水试样的T2谱分布曲线图,计算得到饱水试样的核磁信号量;对试样进行干燥处理;对干燥后的试样进行注浆试验;对试样进行核磁采样,得到注浆过程中不同时刻下试样的T2谱分布曲线图和浆液锋面在试样内部的分布位置图像;根据T2谱分布曲线图,得到不同时刻下浆液的有效注浆体积比;根据浆液锋面在试样内部的分布位置图像,获取浆液锋面与注浆端面的距离,计算得到各时刻下试样渗透注浆的有效注浆长度比;计算得到注浆充填率。
Description
技术领域
本发明属于路基土改良技术领域,具体涉及裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法及系统。
背景技术
随着地下工程逐渐向复杂地质环境延伸,注浆技术也需要不断向前发展。注浆技术作为一种常见的加固手段,主要是用水泥基浆液或化学浆液充填挤压岩体裂隙,凝固后增加岩体的密实度,将原来有裂隙的岩体胶结成一个整体,具有实用性强、应用范围广的特点。注浆属于隐蔽工程,加上岩体不可视的特性,对于岩体注浆充填效果的实时定量评价比较困难。而注浆加固效果与工程的安全性也是密切相关,加固效果不佳会导致工程事故发生,危害人们的生命安全。尤其是在岩体微裂隙的注浆时,较大的水泥颗粒可能无法注入实现有效加固,因此研究浆液在裂隙中的有效注入充填情况对于注浆加固效果的检测有着重要意义。
目前,常用的注浆效果检测方法有钻孔注水试验对比法、电法检测、电磁检测、地震波法检测等,但都有局限性,只是宏观的测量电阻率和土体波速的变化情况来间接反映,效果不够直观。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的,目的在于提供裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法及系统,利用核磁图像测量浆液锋面位置,并根据此得到试样渗透注浆的有效注浆长度比和有效注入体积比,进而得到注浆充填率,从而直观地反映注浆效果。
本发明为了实现上述目的,采用了以下方案:
<方法>
本发明提供一种裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:获取待测岩体的柱状岩心试样进行切割,预制一条纵向裂隙,切割点为左右侧面的两等分点;
步骤2:将试样放入真空饱和装置中,抽真空饱水处理,得到饱水试样;
步骤3:擦除饱水试样表面的水,然后进行核磁共振采样,测量饱水试样的T2谱分布曲线图,进而计算得到饱水试样的核磁信号量:
式中,Apore为饱水试样的核磁信号量累计值,Mpore为饱水试样的T2谱分布的核磁信号量分量;
步骤4:对步骤3测量后的试样进行干燥处理,直至试样质量变化率小于一定值;
步骤5:将干燥后的试样接入注浆管路,进行注浆试验;
步骤6:渗透注浆过程中,每隔一定时间采用核磁共振技术对试样进行采样,得到注浆过程中不同时刻下试样的T2谱分布曲线图,并获得不同时刻下浆液锋面在试样内部的分布位置图像;
步骤7:根据不同时刻下试样的T2谱分布曲线图,计算得到该时刻下试样内部浆液的核磁信号量;并通过核磁信号量得到不同时刻下浆液的有效注浆体积比:
式中,Apore为饱水试样的核磁信号量累计值,Mpore为饱水试样T2谱分布的核磁信号量分量;Aslurry(ti)为ti时刻下注浆试样的核磁信号量累计值,Mi,slurry(ti)为ti时刻下注浆试样T2谱分布的核磁信号量分量;
步骤8:根据不同时刻下浆液锋面在试样内部的分布位置图像,获取浆液锋面与注浆端面的距离,计算得到该时刻下试样渗透注浆的有效注浆长度比χ(ti):
式中,l(ti)为ti时刻下浆液锋面与注浆端面的距离,l为试样的总长度;
步骤9:计算得到反映裂隙岩心渗透注浆实时充填效果的注浆充填率Ω(ti):
式中,Ω(ti)为ti时刻下试样的注浆充填率,n(ti)为ti时刻下浆液的有效注浆体积比,χ(ti)为ti时刻下浆液的有效注浆长度比。注浆充填率越高,表明注浆充填效果越好。
进一步,本发明提供的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法,还可以具有以下特征:在步骤1中,岩心试样为圆柱体状。
进一步,本发明提供的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法,还可以具有以下特征:在步骤2中,抽真空饱水处理24h。
进一步,本发明提供的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法,还可以具有以下特征:在步骤4中,是对步骤3测量后的试样进行40℃恒温干燥处理,直至试样质量变化率小于0.1%。
进一步,本发明提供的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法,还可以具有以下特征:在步骤6中,采样间隔时间为10~30s。
进一步,本发明提供的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法,还可以具有以下特征:在步骤6中,采样间隔时间为15s。
进一步,本发明提供的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法,还可以具有以下特征:在步骤9中,根据T2谱分布曲线图确定浆液的连续型分布特征,结合注浆充填率,确定待测岩体的裂隙岩心渗透注浆实时充填效果。
<系统>
另外,本发明还提供一种裂隙岩心渗透注浆实时充填效果检测系统,其特征在于,包括:
制样部,获取待测岩体的柱状岩心试样进行切割,预制一条纵向裂隙,切割点为左右侧面的两等分点,得到试样;
真空饱和部,对试样进行抽真空饱水处理,得到饱水试样;
第一核磁采样计算部,对擦除表面水后的饱水试样进行核磁共振采样,获得饱水试样的T2谱分布曲线图,并计算得到饱水试样的核磁信号量:
式中,Apore为饱水试样的核磁信号量累计值,Mpore为饱水试样的T2谱分布的核磁信号量分量;
干燥部,对核磁采样后的试样进行干燥处理,直至试样质量变化率小于一定值;
注浆部,对干燥后的试样进行注浆试验;
第二核磁采样计算部,在渗透注浆过程中,每隔一定时间采用核磁共振技术对试样进行采样,得到注浆过程中不同时刻下试样的T2谱分布曲线图,并获得不同时刻下浆液锋面在试样内部的分布位置图像;
有效注浆体积比计算部,根据不同时刻下试样的T2谱分布曲线图,计算得到该时刻下试样内部浆液的核磁信号量,进而根据核磁信号量得到不同时刻下浆液的有效注浆体积比n(ti):
式中,Apore为饱水试样的核磁信号量累计值,Mpore为饱水试样T2谱分布的核磁信号量分量;Aslurry(ti)为ti时刻下注浆试样的核磁信号量累计值,Mi,slurry(ti)为ti时刻下注浆试样T2谱分布的核磁信号量分量;
有效注浆长度比计算部,根据不同时刻下浆液锋面在试样内部的分布位置图像,获取浆液锋面与注浆端面的距离,计算得到该时刻下试样渗透注浆的有效注浆长度比χ(ti):
式中,l(ti)为ti时刻下浆液锋面与注浆端面的距离,l为试样的总长度;
注浆充填率计算部,根据以下公式计算得到反映裂隙岩心渗透注浆实时充填效果的注浆充填率Ω(ti):
式中,Ω(ti)为ti时刻下试样的注浆充填率,n(ti)为ti时刻下浆液的有效注浆体积比,χ(ti)为ti时刻下浆液的有效注浆长度比;
控制部,与制样部、真空饱和部、第一核磁采样计算部、干燥部、注浆部、第二核磁采样计算部、有效注浆体积比计算部、有效注浆长度比计算部、注浆充填率计算部均通信相连,控制它们的运行。
进一步,本发明提供的裂隙岩心渗透注浆实时充填效果检测系统,还可以包括:输入显示部,与制样部、真空饱和部、第一核磁采样计算部、干燥部、注浆部、第二核磁采样计算部、有效注浆体积比计算部、有效注浆长度比计算部、注浆充填率计算部、控制部均通信相连,用于让用户输入操作指令,并进行相应显示。
进一步,本发明提供的裂隙岩心渗透注浆实时充填效果检测系统,还可以包括:充填效果确定部,根据第二核磁采样计算部得到的T2谱分布曲线图确定浆液的连续型分布特征,再结合注浆充填率计算部计算得到的注浆充填率,确定待测岩体的裂隙岩心渗透注浆实时充填效果。
发明的作用与效果
本发明所提供的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法及系统,通过对饱水状态和渗透注浆过程中的试样进行核磁共振测试,获得饱水和注浆试样的T2谱分布曲线图,计算得到核磁信号量,然后使用核磁信号量表示不同时刻下浆液的有效注入体积比,同时获得浆液锋面的位置,基于此计算不同时刻浆液的有效注浆长度比,得到不同注浆压力情况下不同时刻的注浆充填率指标,注浆充填率越高,表明注浆充填效果越好,能够直观地反映注浆效果,具有快速、简单、直接的特点,适用于对裂隙岩芯渗透注浆加固效果进行实时评价,能够为实际注浆工程的安全、高效施工提供可靠的检测评价数据。
附图说明
图1为本发明实施例中涉及的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法的流程图;
图2为本发明实施例中涉及的裂隙岩芯试样的实物图;
图3为本发明实施例中涉及的试样饱水状态和注浆过程中的T2谱分布曲线图;
图4为本发明实施例中涉及的渗透注浆过程中浆液锋面演化图;
图5为本发明实施例中涉及的注浆充填率随时间变化的曲线图;
图6为本发明实施例中涉及的不同注浆压力下注浆试样T2谱分布曲线演化图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明涉及的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法及系统的具体实施方案进行详细地说明。
<实施例>
川藏铁路工程沿线隧道穿越大量软弱破碎的砂岩围岩体,且围岩受到高地应力、高地温等的作用,本实施例中,选择该地段的标准圆柱形砂岩试样开展注浆试验和充填效果定量检测评价,借此指导现场注浆工程。其中实验围压为5MPa,实验温度为30℃,实验注浆压力变量为0.5MPa、1.0MPa、1.3MPa。
如图1所示,本实施例提供的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法包括如下步骤:
步骤1:如图2所示,将砂岩试样进行人工切割,预制一条纵向裂隙,切割点为左右侧面的两等分点。
步骤2:将试样放入真空饱和装置中,抽真空饱水处理24h。
步骤3:擦除饱水后试样表面的水,放入核磁测试线圈中进行采样,测量饱水试样的T2谱分布曲线图。计算得到饱水试样的核磁信号量,根据T2与孔径尺寸的定量关系,用核磁信号量表示试样的总孔隙体积,计算公式为:
式中,Apore为饱水试样的核磁信号量累计值,Mpore为饱水试样T2谱分布的核磁信号量分量。
步骤4:将试样放入干燥箱中干燥,干燥温度设置为40℃,直至试样质量变化率小于0.1%为止。
步骤5:将干燥后的试样接入注浆管路,进行注浆试验,浆液选取的是1000目超细水泥浆液。
步骤6:渗透注浆过程中,每隔15s采用核磁共振技术对试样进行采样,得到注浆过程中不同时刻下试样的T2谱分布曲线图(如图3所示),同时获得该时刻下浆液锋面在岩芯内部的分布位置图像(如图4所示)。
步骤7:根据不同时刻下试样的T2谱分布曲线图,计算得到各时刻下岩芯内部浆液的核磁信号量,其计算公式为:
式中,Aslurry(ti)为ti时刻下注浆试样的核磁信号量累计值,Mi,slurry(ti)为ti时刻下注浆试样T2谱分布的核磁信号量分量。
根据T2与孔径尺寸的定量关系,用核磁信号量来表示不同时刻下浆液的有效注浆体积比,其计算公式为:
式中,Apore为饱水试样的核磁信号量累计值,Mpore为饱水试样T2谱分布的核磁信号量分量。
步骤8:根据不同时刻下试样浆液锋面的分布位置图像,测量浆液锋面与注浆端面的距离,计算得到各时刻下试样渗透注浆的有效注浆长度比,有效注浆长度比的计算公式为:
式中,l(ti)为ti时刻下注浆试样浆液锋面与注浆端面的距离,l为试样的总长度。
步骤9:定义注浆过程中裂隙岩芯试样内部浆液的有效注入体积比与有效注浆长度比的比值为注浆充填率指标,对不同注浆压力工况下裂隙岩芯渗透注浆实时充填效果进行评价,注浆充填率的计算公式为:
式中,Ω(ti)为ti时刻下裂隙岩芯试样的注浆充填率,n(ti)为ti时刻下浆液的有效注浆体积比,χ(ti)为ti时刻下浆液的有效注浆长度比。
不同注浆压力以及不同时刻下试样注浆充填率的计算结果如下表1所示。
表1不同注浆压力下裂隙岩芯试样的注浆充填率
如上表1所示,注浆压力为0.5MPa、1.0MPa和1.3MPa时,试样最终注浆充填率分别为78.8%、82.2%和83.7%。
如图6所示,注浆过程中T2谱分布曲线保持连续性,根据T2与孔径尺寸的定量关系,说明浆液在不同压力下,不同尺寸孔隙中都能够充填均匀。不同压力下的注浆,最终都可以使T2曲线连续,但是所需时间不一样,且最终的注浆充填率不一样,综合考虑试样的最终注浆充填率以及浆液连续性分布特征,本实施例中1.3MPa注浆压力下进行注浆,时间最快且浆充填率最高,充填效果最佳。
进一步,本实施例还提供能够自动化实现上述检测过程的系统,该系统包括:制样部、真空饱和部、第一核磁采样计算部、干燥部、注浆部、第二核磁采样计算部、有效注浆体积比计算部、有效注浆长度比计算部、注浆充填率计算部、输入显示部、充填效果确定部以及控制部。
制样部对待测岩体的柱状岩心试样进行切割,预制一条纵向裂隙,切割点为左右侧面的两等分点,得到切割后的试样。
真空饱和部对切割后的试样进行抽真空饱水处理,得到饱水试样。
第一核磁采样计算部对擦除表面水后的饱水试样进行核磁共振采样,获得饱水试样的T2谱分布曲线图,并计算得到饱水试样的核磁信号量:
式中,Apore为饱水试样的核磁信号量累计值,Mpore为饱水试样的T2谱分布的核磁信号量分量。
干燥部对核磁采样后的试样进行干燥处理,直至试样质量变化率小于一定值。
注浆部对干燥后的试样进行注浆试验。
第二核磁采样计算部在渗透注浆过程中,每隔一定时间采用核磁共振技术对试样进行采样,得到注浆过程中不同时刻下试样的T2谱分布曲线图,并获得不同时刻下浆液锋面在试样内部的分布位置图像。
有效注浆体积比计算部根据不同时刻下试样的T2谱分布曲线图,计算得到该时刻下试样内部浆液的核磁信号量,进而根据核磁信号量得到不同时刻下浆液的有效注浆体积比n(ti):
式中,Apore为饱水试样的核磁信号量累计值,Mporx为饱水试样T2谱分布的核磁信号量分量;Aslurry(ti)为ti时刻下注浆试样的核磁信号量累计值,Mi,slurry(ti)为ti时刻下注浆试样T2谱分布的核磁信号量分量。
有效注浆长度比计算部根据不同时刻下浆液锋面在试样内部的分布位置图像,获取浆液锋面与注浆端面的距离,计算得到该时刻下试样渗透注浆的有效注浆长度比χ(ti):
式中,l(ti)为ti时刻下浆液锋面与注浆端面的距离,l为试样的总长度。
注浆充填率计算部根据以下公式计算得到反映裂隙岩心渗透注浆实时充填效果的注浆充填率Ω(ti):
式中,Ω(ti)为ti时刻下试样的注浆充填率,n(ti)为ti时刻下浆液的有效注浆体积比,χ(ti)为ti时刻下浆液的有效注浆长度比。
充填效果确定部根据第二核磁采样计算部得到的T2谱分布曲线图确定浆液的连续型分布特征,再结合注浆充填率计算部计算得到的注浆充填率,确定待测岩体的裂隙岩心渗透注浆实时充填效果。
输入显示部与制样部、真空饱和部、第一核磁采样计算部、干燥部、注浆部、第二核磁采样计算部、有效注浆体积比计算部、有效注浆长度比计算部、注浆充填率计算部、充填效果确定部、控制部都通信相连,用于让用户输入操作指令,并进行相应显示。例如,输入显示部能够对T2谱分布曲线图进行显示,并对不同时刻下浆液锋面在试样内部的分布位置图像进行显示,还能够对不同时刻下有效注浆长度比和注浆充填率以表格形式进行显示,以及对待测岩体的裂隙岩心渗透注浆实时充填效果和最终充填效果进行显示。
控制部与制样部、真空饱和部、第一核磁采样计算部、干燥部、注浆部、第二核磁采样计算部、有效注浆体积比计算部、有效注浆长度比计算部、注浆充填率计算部、充填效果确定部、输入显示部均通信相连,控制它们的运行。
以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法及系统并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容,而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换,都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。
Claims (10)
1.裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:获取待测岩体的柱状岩心试样进行切割,预制一条纵向裂隙,切割点为左右侧面的两等分点;
步骤2:将试样进行抽真空饱水处理,得到饱水试样;
步骤3:擦除饱水试样表面的水,然后进行核磁共振采样,测量饱水试样的T2谱分布曲线图,进而计算得到饱水试样的核磁信号量:
式中,Apore为饱水试样的核磁信号量累计值,Mpore为饱水试样的T2谱分布的核磁信号量分量;
步骤4:对步骤3测量后的试样进行干燥处理,直至试样质量变化率小于一定值;
步骤5:将干燥后的试样接入注浆管路,进行注浆试验;
步骤6:渗透注浆过程中,每隔一定时间采用核磁共振技术对试样进行采样,得到注浆过程中不同时刻下试样的T2谱分布曲线图,并获得不同时刻下浆液锋面在试样内部的分布位置图像;
步骤7:根据不同时刻下试样的T2谱分布曲线图,计算得到该时刻下试样内部浆液的核磁信号量;并通过核磁信号量得到不同时刻下浆液的有效注浆体积比:
式中,Apore为饱水试样的核磁信号量累计值,Mpore为饱水试样T2谱分布的核磁信号量分量;Aslurry(ti)为ti时刻下注浆试样的核磁信号量累计值,Mi,slurry(ti)为ti时刻下注浆试样T2谱分布的核磁信号量分量;
步骤8:根据不同时刻下浆液锋面在试样内部的分布位置图像,获取浆液锋面与注浆端面的距离,计算得到该时刻下试样渗透注浆的有效注浆长度比χ(ti):
式中,l(ti)为ti时刻下浆液锋面与注浆端面的距离,l为试样的总长度;
步骤9:计算得到反映裂隙岩心渗透注浆实时充填效果的注浆充填率Ω(ti):
式中,Ω(ti)为ti时刻下试样的注浆充填率,n(ti)为ti时刻下浆液的有效注浆体积比,χ(ti)为ti时刻下浆液的有效注浆长度比。
2.根据权利要求1所述的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法,其特征在于:其中,在步骤1中,岩心试样为圆柱体状。
3.根据权利要求1所述的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法,其特征在于:其中,在步骤2中,抽真空饱水处理24h。
4.根据权利要求1所述的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法,其特征在于:
其中,在步骤4中,是对步骤3测量后的试样进行40℃恒温干燥处理,直至试样质量变化率小于0.1%。
5.根据权利要求1所述的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法,其特征在于:其中,在步骤6中,采样间隔时间为10~30s。
6.根据权利要求1所述的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法,其特征在于:其中,在步骤6中,采样间隔时间为15s。
7.根据权利要求1所述的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测方法,其特征在于:
其中,在步骤9中,根据T2谱分布曲线图确定浆液的连续型分布特征,结合注浆充填率,确定待测岩体的裂隙岩心渗透注浆充填效果。
8.一种裂隙岩心渗透注浆充填效果检测系统,其特征在于,包括:
制样部,获取待测岩体的柱状岩心试样进行切割,预制一条纵向裂隙,切割点为左右侧面的两等分点,得到试样;
真空饱和部,对试样进行抽真空饱水处理,得到饱水试样;
第一核磁采样计算部,对擦除表面水后的饱水试样进行核磁共振采样,获得饱水试样的T2谱分布曲线图,并计算得到饱水试样的核磁信号量:
式中,Apore为饱水试样的核磁信号量累计值,Mpore为饱水试样的T2谱分布的核磁信号量分量;
干燥部,对核磁采样后的试样进行干燥处理,直至试样质量变化率小于一定值;
注浆部,对干燥后的试样进行注浆试验;
第二核磁采样计算部,在渗透注浆过程中,每隔一定时间采用核磁共振技术对试样进行采样,得到注浆过程中不同时刻下试样的T2谱分布曲线图,并获得不同时刻下浆液锋面在试样内部的分布位置图像;
有效注浆体积比计算部,根据不同时刻下试样的T2谱分布曲线图,计算得到该时刻下试样内部浆液的核磁信号量,进而根据核磁信号量得到不同时刻下浆液的有效注浆体积比n(ti):
式中,Apore为饱水试样的核磁信号量累计值,Mpore为饱水试样T2谱分布的核磁信号量分量;Aslurry(ti)为ti时刻下注浆试样的核磁信号量累计值,Mi,slurry(ti)为ti时刻下注浆试样T2谱分布的核磁信号量分量;
有效注浆长度比计算部,根据不同时刻下浆液锋面在试样内部的分布位置图像,获取浆液锋面与注浆端面的距离,计算得到该时刻下试样渗透注浆的有效注浆长度比χ(ti):
式中,l(ti)为ti时刻下浆液锋面与注浆端面的距离,l为试样的总长度;
注浆充填率计算部,根据以下公式计算得到反映裂隙岩心渗透注浆实时充填效果的注浆充填率Ω(ti):
式中,Ω(ti)为ti时刻下试样的注浆充填率,n(ti)为ti时刻下浆液的有效注浆体积比,χ(ti)为ti时刻下浆液的有效注浆长度比;
控制部,与所述制样部、所述真空饱和部、所述第一核磁采样计算部、所述干燥部、所述注浆部、所述第二核磁采样计算部、所述有效注浆体积比计算部、所述有效注浆长度比计算部、所述注浆充填率计算部均通信相连,控制它们的运行。
9.根据权利要求8所述的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测系统,其特征在于,还包括:
输入显示部,与所述制样部、所述真空饱和部、所述第一核磁采样计算部、所述干燥部、所述注浆部、所述第二核磁采样计算部、所述有效注浆体积比计算部、所述有效注浆长度比计算部、所述注浆充填率计算部、所述控制部均通信相连,用于让用户输入操作指令,并进行相应显示。
10.根据权利要求8所述的裂隙岩心渗透注浆充填效果检测系统,其特征在于,还包括:
充填效果确定部,根据所述第二核磁采样计算部得到的所述T2谱分布曲线图确定浆液的连续型分布特征,再结合所述注浆充填率计算部计算得到的所述注浆充填率,确定待测岩体的裂隙岩心渗透注浆充填效果。
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