CN116879339A - 基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及注浆技术领域，提供一种基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统及方法，包括岩样筒，用于装载岩石试样；压力加载机构；注射机构，包括酸碱液注射器、注浆装置和注水装置；温度调节装置；以及检测机构，包括计算机以及与计算机连接的控制箱、温度传感器、压力传感器、酸碱度检测仪和低场核磁共振仪；通过核磁信号量累计值得到不同时刻下的注浆有效注浆驱水率。本发明的有益效果包括：可模拟出岩石试样在多场耦合效应下的注浆过程，并通过核磁信号量累计值得到不同时刻下的注浆有效注浆驱水率，利用准确、直观的注浆有效注浆驱水率，给出表征注浆效果的定量化评价。
Description
技术领域
本发明属于注浆技术领域，具体涉及一种基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统及方法。
背景技术
注浆技术作为一种修复破碎岩体、提高围岩稳定性的常用手段，具有工期短、见效快、施工简便等优势，已被广泛应用于土木、矿山、水利等诸多领域。比如，对于岩层而言，通过将浆液注入到岩层的裂隙或孔隙中，以改善被注岩层的物理力学性质，从而达到加固岩层的目的。对于富水软土地层而言，该地层具有含水丰富、结构松散等显著特点，通过将浆液注入到土层中进行排水加固来改善被注土层的物理力学性质。
然而，注浆工程具有显著的隐蔽性特点，难以观测到浆液的扩散情况，无法对注浆充填效果进行准确评估。常规做法是，取施工现场的需要加固岩体的试样进行注浆模拟，并配合超声波CT、电磁波CT、地震波CT等检测方法对注浆体进行检测，以此来判断注浆效果。若注浆效果达到预期，将模拟的注浆工艺运用至实际的注浆工程中。但现有的注浆效果评价方法以半定性半定量的评价为主，导致注浆充填效果评价不准确、不直观，进而会对工程造成一定的安全隐患。
另外，实际注浆过程中，由于地下环境的复杂性，往往涉及多物理场的相互作用，如渗流场、应力场、温度场和化学场等，这些物理场的交互作用会对注浆效果产生重要影响。而目前的注浆模拟仿真系统，并未考虑这些物理场的交互作用对注浆效果产生的影响，无法模拟出真实的注浆环境，同样会导致注浆充填效果评价不准确。
因此，需要一种既可以模拟出接近真实物理场的注浆环境，又可以给出准确、直观的注浆效果评价的试验系统及方法，为岩体的实际注浆加固作业提供准确有效的指导。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统及方法，通过对温度-应力-渗流-化学耦合作用下岩石注浆过程的真实还原，并结合核磁共振技术实时检测注浆效果，给出注浆效果的定量化评价，对于指导岩体在不同环境下的注浆加固作业具有重要意义。
第一方面，本发明提供一种基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统，包括：
岩样筒，用于装载岩石试样；
压力加载机构，包括围压筒、围压加载装置和轴压加载装置；所述围压筒包围在所述岩样筒的周侧端，且于围压筒和岩样筒之间形成有围压腔；所述围压加载装置用于施加环向压力至所述岩石试样；所述轴压加载装置用于施加轴向压力至所述岩石试样；
注射机构，包括酸碱液注射器、出液管路以及分别分布于所述岩样筒的两个轴向端的注浆装置和注水装置；所述注浆装置用于向所述岩石试样内注浆，所述注水装置用于向所述岩石试样内注水；所述酸碱液注射器与所述注水装置连通，用于调节水的PH值；所述出液管路用于排出所述岩样筒内的液体；
温度调节装置，用于调节所述岩石试样的温度和/或所述岩石试样内注水的温度；以及
检测机构，包括计算机以及与计算机连接的控制箱、温度传感器、压力传感器、酸碱度检测仪和低场核磁共振仪；所述低场核磁共振仪用于对岩石试样进行采样，通过核磁信号量累计值得到不同时刻下的注浆有效注浆驱水率。
进一步地，所述轴压加载装置包括底座、液压泵以及液压机；所述底座和所述液压机分别设置在所述岩样筒的两个轴向端，所述液压泵与所述液压机连接，驱动所述液压机施加轴向压力至装载于所述岩样筒内的岩石试样。
进一步地，所述围压加载装置包括油泵和油管；所述油管的一端连通所述油泵，另一端连通所述围压腔。
进一步地，所述温度调节装置包括电加热丝，所述电加热丝缠绕于所述油管。
进一步地，所述注浆装置包括注浆压力泵、储浆罐以及注浆管路；所述注浆管路的一端与所述储浆罐连通，另一端伸入至所述岩样筒内；所述注浆压力泵与所述储浆罐连通，且与所述控制箱连接。
进一步地，所述注水装置包括注水压力泵、储水罐以及注水管路；所述注水管路的一端与所述储水罐连通，另一端伸入至所述岩样筒内；所述注水压力泵与所述储水罐连接，且与所述控制箱连接。
进一步地，所述注水管路上连通有酸碱液输送管路，所述酸碱液输送管路上连通有所述酸碱液注射器；所述酸碱液注射器与所述控制箱连接；所述酸碱度检测仪与所述注水管路连通。
进一步地，所述温度调节装置包括电加热棒，所述电加热棒设置在所述储水罐内。
第二方面，本发明还提出一种利用所述的基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统进行岩体注浆充填试验的方法，基于低场核磁共振仪建立给定的不同体积的水与其相对应的核磁信号量累计值之间的定量关系式：T＝kV；式中，T为核磁信号量累计值，V为水的体积；k为核磁信号量累计值与相对应水的体积的关系系数；
将岩石试样装载于所述试验系统的岩样筒；
利用所述试验系统的控制箱调节所述岩石试样受到的环向压力、轴向压力、注水流量、PH值以及温度至目标值，模拟出目标注浆环境；
当所述出液管路排出恒定流量的液体时，得到饱水状态的岩石试样，停止注水；利用低场核磁共振仪对岩石试样进行采样，测量岩石试样的T2谱分布曲线图，并获得饱水状态的岩石试样内部水分分布图像；
利用注浆装置向所述岩石试样内注浆，模拟出岩石试样在多场耦合效应下的注浆过程；注浆过程中，每隔一定时间，利用低场核磁共振仪对岩石试样进行采样，测量注浆过程中不同时刻下岩石试样的T2谱分布曲线图，并获得不同时刻下岩石试样内部水分分布图像；
根据不同时刻下岩石试样的T2谱分布曲线图，得到该时刻下岩石试样的核磁信号量累计值，基于核磁信号量累计值得到不同时刻下的注浆有效注浆驱水率e(ti)：
式中，Tpore为饱水状态的岩石试样的核磁信号量累计值，Twater(ti)为ti时刻下岩石试样的核磁信号量累计值，k为核磁信号量累计值与相对应水的体积的关系系数，Vpore为饱水状态的岩石试样的含水体积，Vwater(ti)为ti时刻下岩石试样的含水体积。
进一步地，所述岩石试样有多个，将岩石试样逐一的装载于所述试验系统的岩样筒；利用所述控制箱调节每个岩石试样受到的环向压力、轴向压力、注水流量、PH值以及温度至目标值，模拟出相同的目标注浆环境；利用注浆装置向多个所述岩石试样内分别注入不同的注浆材料，模拟出每个岩石试样在多场耦合效应下的注浆过程，并得到不同注浆材料对应的岩石试样的注浆有效注浆驱水率。
进一步地，所述注浆过程中，所述不同时刻下岩石试样的T2谱分布曲线图不再变化时，停止试验。
本发明的有益效果包括：通过温度调节装置、压力加载机构、注水装置和酸碱液注射器的配合，将岩石试样受到的环向压力、轴向压力、注水流量、PH值以及温度调节至目标值，可模拟出目标注浆环境，并且在注浆装置的作用下，模拟出岩石试样在多场耦合效应下的注浆过程，并通过核磁信号量累计值得到不同时刻下的注浆有效注浆驱水率，利用准确、直观的注浆有效注浆驱水率，给出表征注浆效果的定量化评价，为岩体的实际注浆加固作业提供准确有效的指导。
附图说明
图1为本发明基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统的结构示意图。
图2为图1的岩样筒与压力加载机构分离的结构示意图。
图3为图1的岩样筒与压力加载机构装配后的结构示意图。
图4为本发明方法建立的不同体积水与其相对应的核磁信号量累计值之间的定量关系图。
图5为采用超细水泥作为注浆材料，在注浆过程中的不同时刻下岩石试样的T2谱分布曲线图。
图6为采用超细水泥作为注浆材料，不同时刻下岩石试样内部水分分布图像。
图7为采用普通水泥作为注浆材料，在注浆过程中的不同时刻下岩石试样的T2谱分布曲线图。
图8为采用普通水泥作为注浆材料，不同时刻下岩石试样内部水分分布图像。
图9为不同的注浆材料的注浆有效驱水率随时间变化的曲线图。
图中，11-岩样筒；12-围压筒；121-围压腔；13-油泵；14-油管；15-液压泵；16-液压机；17-底座；21-注浆压力泵；22-储浆罐；23-注浆管路；24-注水压力泵；25-储水罐；26-注水管路；27-酸碱液注射器；28-酸碱液输送管路；29-出液管路；210-注浆阀门；31-低场核磁共振仪；32-温度传感器；33-压力传感器；34-酸碱度检测仪；35-计算机；41-电加热丝；42-电加热棒；5-控制箱；6-岩石试样。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1-3所示的基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统，
包括：岩样筒11、压力加载机构、注射机构、温度调节装置以及检测机构。检测机构包括计算机35以及与计算机35连接的控制箱5、温度传感器32、压力传感器33、酸碱度检测仪34和低场核磁共振仪31。
岩样筒11用于装载岩石试样6。本实施例中，岩石试样6为圆柱状结构，相应的，岩样筒11为轴向两端贯通的圆筒结构。
如图2、3所示，压力加载机构包括围压筒12、围压加载装置和轴压加载装置；围压筒12包围在岩样筒11的周侧端，且于围压筒12和岩样筒11之间形成有密封的围压腔121；即围压筒12套装在岩样筒11外，且围压筒12的长度大于等于岩样筒11的长度。围压筒12的刚度大于岩样筒11的刚度。围压加载装置用于向围压腔121内加压以施加环向压力至岩石试样6；轴压加载装置分布于岩样筒11的轴向端，用于施加轴向压力至岩石试样6。围压筒12也采用圆筒结构，其内径大于岩样筒11的外径。
围压加载装置包括油泵13和油管14；油管14的一端连通油泵13，另一端连通围压腔121。油泵13与控制箱5电连接，由控制箱5发出控制指令，实现油泵13输出的液压油的油压调节，通过调节油压大小，调节施加于岩石试样6的环向压力的大小。温度调节装置包括电加热丝41，电加热丝41缠绕于油管14。电加热丝41与控制箱5电连接，通过调节电加热丝41的功率，调节流经油管14进入围压腔121内的液压油的温度，最终实现液压油包裹的岩石试样6的温度的调节。
当然，围压加载装置也并非必须采用本实施例的油泵13和油管14，也可以采用其他结构，比如空压机，空压机向围压腔121内注入高压空气，以施加环向压力至岩石试样6。
轴压加载装置包括底座17、液压泵15以及液压机16；底座17和液压机16分别设置在岩样筒11的两个轴向端，液压泵15与液压机16连接，驱动液压机16施加轴向压力至装载于岩样筒11内的岩石试样6。岩样筒11的内壁设置有螺纹段，底座17为圆台阶结构，与岩样筒11的螺纹段螺纹连接，封闭岩样筒11的一个轴向端。底座17还可与围压筒12螺纹连接，封闭围压筒12的一个轴向端。液压机16设置在岩样筒11的另一个轴向端，液压机16与底座17配合，实现对岩样筒11的轴向夹紧和密封。当然，液压机16还可与围压筒12的另一个轴向端密封连接。在液压机16与底座17的配合下，实现围压腔121的密封。在液压泵15的作用下，驱动液压机16施加轴向压力至装载于岩样筒11内的岩石试样6。液压泵15与控制箱5电连接，由控制箱5发出控制指令，实现对岩石试样6轴向压力大小的调节。
轴压加载装置也可以采用其他结构，比如设置在岩样筒11的轴向两端的夹具以及驱动夹具夹紧的驱动机构，驱动机构可以是电动推杆或液压杆，通过驱动机构驱动岩样筒11两端的夹具靠拢以施加轴向压力至岩石试样6。
如图1所示的注射机构，包括酸碱液注射器27、出液管路29以及分别分布于岩样筒11的两个轴向端的注浆装置和注水装置；注浆装置用于向岩石试样6内注浆，注水装置用于向岩石试样6内注水；酸碱液注射器27与注水装置连通，用于调节注水装置向岩石试样6内注水的PH值；出液管路29与岩样筒11连通，用于排出岩样筒11内的液体。
注浆装置包括注浆压力泵21、储浆罐22以及注浆管路23；注浆管路23的一端与储浆罐22连通，另一端穿过岩样筒11的一个轴向端的底座17，伸入至岩样筒11内；注浆压力泵21与储浆罐22连通，且与控制箱5连接。注浆管路23上还设置有注浆阀门210，开启注浆阀门210，启动注浆压力泵21，储浆罐22内的注浆材料被泵送至岩样筒11内。
注水装置包括注水压力泵24、储水罐25以及注水管路26；注水管路26的一端与储水罐25连通，另一端伸入穿过岩样筒11的另一个轴向端的液压机16，伸入至岩样筒11内；注水压力泵24与储水罐25连接，且与控制箱5连接。
可以理解为，注水装置和注浆装置分别设置在岩样筒11的两个轴向端，如图1所示，岩样筒11的左侧连接注浆装置的注浆管路23，岩样筒11的右侧连接注水装置的注水管路26。
为了便于调节注入岩石试样6内的水的温度，温度调节装置还包括电加热棒42，电加热棒42与控制箱5电连接。电加热棒42设置在储水罐25内，用于加热储水罐25内的水。
注水管路26上连通有酸碱液输送管路28，酸碱液输送管路28上连通有酸碱液注射器27；酸碱液注射器27与控制箱5连接；酸碱液注射器27基于控制器的指令，将酸液或碱液注入注水管路26中，调节注水管路26中水的PH值，而注水管路26还连通有酸碱度检测仪34，该酸碱度检测仪34可检测注水管路26中水的PH值。
酸碱液注射器27为电动注射器，包括分别与注水管路26连通的存储有酸液的酸液注射器以及存储有碱液的碱液注射器，酸液注射器和碱液注射器还分别连接有电动推杆，电动推杆与控制箱5电连接，控制箱5控制电动推杆的推进行程，调节注水管路26中水的PH值，且通过酸碱度检测仪34实时反馈该PH值。
控制箱5还电连接围压加载装置、轴压加载装置、注射机构和温度调节装置。
温度传感器32用于检测岩石试样6的温度和/或岩石试样6内注水的温度；本实施例中，温度传感器32有两个，分别设置在围压腔121内和储水罐25内。位于围压腔121内的温度传感器32用于检测反馈岩石试样6的外表的温度。位于储水罐25内的温度传感器32通过检测储水罐25内的水温，可反馈注水时，岩石试样6内部的温度。
压力传感器33用于检测环向压力和轴向压力。压力传感器33同样可以设置多个，分别设置在围压腔121的周侧端(周侧端即环向端)和轴向端。
酸碱度检测仪34用于检测向岩石试样6内注水的PH值；围压筒12和岩样筒11位于低场核磁共振仪31的内部，具体的，压筒和岩样筒11位于低场核磁共振仪31的探头中。
低场核磁共振仪31用于对岩石试样6进行采样，获取注浆过程中不同时刻下岩石试样6的T2谱分布曲线图以及岩石试样6内部水分分布图像，且根据不同时刻下岩石试样6的T2谱分布曲线图，得到该时刻下岩石试样6核磁信号量累计值，通过核磁信号量累计值得到不同时刻下的注浆有效注浆驱水率。而注浆有效注浆驱水率直接反应了岩石试样6的注浆驱水效果，注浆有效注浆驱水率的值越大，注浆充填效果越好。
通过温度调节装置、压力加载机构、注水装置和酸碱液注射器27的配合，将岩石试样6受到的环向压力、轴向压力、注水流量、PH值以及温度调节至目标值，可模拟出目标注浆环境，并且在注浆装置的作用下，模拟出岩石试样6在多场耦合效应下的注浆过程，并通过核磁信号量累计值得到不同时刻下的注浆有效注浆驱水率，利用准确、直观的注浆有效注浆驱水率，给出表征注浆效果的定量化评价，为岩体的实际注浆加固作业提供准确有效的指导。
基于同一发明构思，本发明还提出岩体注浆充填试验的方法，采用上述的基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统实现。方法具体包括以下步骤：
S1、基于低场核磁共振仪31建立给定的不同体积的水与其相对应的核磁信号量累计值之间的定量关系式：T＝kV；式中，T为核磁信号量累计值，V为水的体积；k为核磁信号量累计值与相对应水的体积的关系系数。
比如，利用低场核磁共振仪31采样1ml体积的水的核磁信号量累计值，再采样2ml体积的水的核磁信号量累计值，再采样4ml体积水的核磁信号量累计值，继续依次采样6ml、8ml、10ml体积水的核磁信号量累计值。
如图4所示，根据关系式T＝kV，V为水的体积，分别为1ml、2ml、4ml、6ml、8ml、10ml，低场核磁共振仪31采样不同体积的水，会获得相应的核磁信号量累计值，由此可确定关系式T＝1792.78V。即上述核磁信号量累计值与相对应水的体积的关系系数K为1792.78。
S2、将岩石试样6装载于试验系统的岩样筒11。岩石试样6为圆柱状结构。岩石试样6可取自需要进行岩体注浆填充施工的施工现场。为施工现场的实际注浆加固作业提供准确有效的指导。
S3、利用试验系统的控制箱5调节岩石试样6受到的环向压力、轴向压力、注水流量、PH值以及温度至目标值，模拟出目标注浆环境。
可通过测绘获取实际注浆加固现场的注浆环境，确定目标值，这一过程可以采用现有技术。再将试验系统的相应参数调整至目标值。
比如，测绘获取实际注浆加固现场的岩体的PH值为8，该PH值为8可视为目标值之一。酸碱度检测仪34检测注水管路26中水的PH值是否达到目标值8，若未达到，控制箱5调节酸碱液注射器27向注水管路26中注入酸液或碱液，以调节注水管路26中水的PH值至目标值8。
再比如，测量获取实际注浆加固现场的岩体的温度为10℃，该温度为10℃可视为目标值之一。温度传感器32获取围压腔121的温度和储水罐25的实际温度，若实际温度未达到(低于)目标值10℃，则电加热丝41加热流经油管14进入围压腔121内的液压油，以提高围压腔121的温度。电加热棒42加热储水罐25的水，以提高进入岩石试样6的水的温度至目标值10℃。若实际温度高于目标值10℃，相应的需要对岩石试样6进行降温处理，则电加热丝41和电加热棒42均不加热，向储水罐25内加入低温冰水，将低温冰水注入岩石试样6中，以降低岩石试样6的温度。
S4、当出液管路29排出恒定流量的液体时，得到饱水状态的岩石试样6，停止注水。其中，出液管路29上设置有流量计，利用流量计检测排出液体的流量，当排出的液体的流量恒定时，意味着岩石试样6处于饱水状态。
利用低场核磁共振仪31对岩石试样6进行采样，测量岩石试样6的T2谱分布曲线图。并获得饱水状态的岩石试样6内部水分分布图像。
S5、利用注浆装置向岩石试样6内注浆，模拟出岩石试样6在多场耦合效应下的注浆过程；注浆过程中，每隔一定时间，比如，每隔10秒或20秒，利用低场核磁共振仪31对岩石试样6进行采样，测量注浆过程中不同时刻下岩石试样6的T2谱分布曲线图，并获得不同时刻下岩石试样6内部水分分布图像。
S6、根据不同时刻下岩石试样6的T2谱分布曲线图，得到该时刻下岩石试样6的核磁信号量累计值，基于核磁信号量累计值得到不同时刻下的注浆有效注浆驱水率e(ti)：
式中，Tpore为饱水状态的岩石试样6的核磁信号量累计值，Twater(ti)为ti时刻下岩石试样6的核磁信号量累计值，k为核磁信号量累计值与相对应水的体积的关系系数。Vpore为饱水状态的岩石试样6的含水体积，Vwater(ti)为ti时刻下岩石试样6的含水体积。
结合公式T＝kV；式中，T为核磁信号量累计值，V为水的体积；k为核磁信号量累计值与相对应水的体积的关系系数。
由于k的值通过步骤S1已经确定，而Tpore和Twater(ti)为岩石试样6的核磁信号量累计值，通过低场核磁共振仪31获取。故而，注浆有效注浆驱水率e(ti)可通过岩石式样的含水体积变化率来表征。给出了准确、直观的注浆效果评价。
上述方法中，未对不同的注浆材料的注浆效果进行评价。而实际工程中，不同的注浆材料，也直接影响到注浆效果。本发明的试验系统同样可用于不同注浆材料的注浆效果的验证。方法包括：
取多个岩石试样6。该多个岩石试样6取自施工现场的同一区域。岩石试样6的数量根据需要验证的注浆材料的种类设定。比如，本实施例中，需要验证的注浆材料有两种，分别为普通水泥和超细水泥。则选取施工现场的同一区域的两个圆柱状岩石试样6。
再利用本发明的试验系统采用上述方法，逐一的对两个岩石试样6分别进行试验。通过比对两个岩石试样6的注浆有效注浆驱水率，即可判断在相同的注浆环境下，哪种注浆材料可以更好的将岩石试样6中微小孔隙中的水驱替排出。
具体的，将其中一个岩石试样6装载于岩样筒11内，利用控制箱5调节该岩石试样6受到的环向压力、轴向压力、注水流量、PH值以及温度至目标值，模拟出目标注浆环境。利用注浆装置向该岩石试样6内注入超细水泥。模拟出该岩石试样6在多场耦合效应下的注浆过程，并得到注入超细水泥的岩石试样6的注浆有效注浆驱水率。
其中，图5为采用超细水泥作为注浆材料，在注浆过程中的不同时刻下岩石试样6的T2谱分布曲线图。图6为采用超细水泥作为注浆材料，不同时刻下岩石试样6内部水分分布图像。
利用注浆装置向岩石试样6内注入超细水泥，模拟出岩石试样6在多场耦合效应下的注浆过程；注浆过程中，每隔一定时间，利用低场核磁共振仪31对岩石试样6进行采样，测量采用超细水泥作为注浆材料，在注浆过程中不同时刻下岩石试样6的T2谱分布曲线图，如图5所示，并获得不同时刻下岩石试样6内部水分分布图像，如图6所示。
将另一个岩石试样6装载于岩样筒11内，利用控制箱5调节该岩石试样6受到的环向压力、轴向压力、注水流量、PH值以及温度至目标值，模拟出目标注浆环境。利用注浆装置向该岩石试样6内注入普通水泥。模拟出该岩石试样6在多场耦合效应下的注浆过程，并得到注入普通水泥的岩石试样6的注浆有效注浆驱水率。
其中，图7为采用普通水泥作为注浆材料，在注浆过程中的不同时刻下岩石试样6的T2谱分布曲线图。图8为采用普通水泥作为注浆材料，不同时刻下岩石试样6内部水分分布图像。
利用注浆装置向岩石试样6内注入普通水泥，模拟出岩石试样6在多场耦合效应下的注浆过程；注浆过程中，每隔一定时间，利用低场核磁共振仪31对岩石试样6进行采样，测量采用普通水泥作为注浆材料，在注浆过程中不同时刻下岩石试样6的T2谱分布曲线图，如图7所示，并获得不同时刻下岩石试样6内部水分分布图像，如图8所示。
基于注浆有效注浆驱水率e(ti)的计算公式。超细水泥和普通水泥作为注浆材料，在不同时刻下的注浆有效驱水率e(ti)如下表1所示：
表1不同时刻下注浆有效驱水率
如上表1所示，使用超细水泥进行注浆，岩石试样6最终有效注浆驱水率为86.94％，使用普通水泥进行注浆，岩石试样6最终有效注浆驱水率为79.01％。
如图9为不同的注浆材料的注浆有效驱水率随时间变化的曲线图。通过比对注入普通水泥的岩石试样6的注浆有效注浆驱水率和注入超细水泥的岩石试样6的注浆有效注浆驱水率，即可判断在相同的注浆环境下，哪种注浆材料可以更好的将岩石试样6中微小孔隙中的水驱替排出。显然，相对于使用普通水泥进行注浆，超细水泥可以更好的将岩石试样6中微小孔隙中的水给驱替排出。
需要说明的是，本实施例中的岩石试样虽然取自岩层，实际上，其也可以用于土体试样的注浆填充试验，只需要将取自岩体或岩石层中的岩石试样替换为取自土体或土层中的土体试样即可。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，同样也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统，其特征在于，包括：
岩样筒，用于装载岩石试样；
压力加载机构，包括围压筒、围压加载装置和轴压加载装置；所述围压筒包围在所述岩样筒的周侧端，且于围压筒和岩样筒之间形成有围压腔；所述围压加载装置用于施加环向压力至所述岩石试样；所述轴压加载装置用于施加轴向压力至所述岩石试样；
注射机构，包括酸碱液注射器、出液管路以及分别分布于所述岩样筒的两个轴向端的注浆装置和注水装置；所述注浆装置用于向所述岩石试样内注浆，所述注水装置用于向所述岩石试样内注水；所述酸碱液注射器与所述注水装置连通，用于调节水的PH值；所述出液管路用于排出所述岩样筒内的液体；
温度调节装置，用于调节所述岩石试样的温度和/或所述岩石试样内注水的温度；以及
检测机构，包括计算机以及与计算机连接的控制箱、温度传感器、压力传感器、酸碱度检测仪和低场核磁共振仪；所述低场核磁共振仪用于对岩石试样进行采样，通过核磁信号量累计值得到不同时刻下的注浆有效注浆驱水率。
2.根据权利要求1所述的基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统，其特征在于，所述轴压加载装置包括底座、液压泵以及液压机；所述底座和所述液压机分别设置在所述岩样筒的两个轴向端，所述液压泵与所述液压机连接，驱动所述液压机施加轴向压力至装载于所述岩样筒内的岩石试样。
3.根据权利要求1所述的基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统，其特征在于，所述围压加载装置包括油泵和油管；所述油管的一端连通所述油泵，另一端连通所述围压腔。
4.根据权利要求3所述的基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统，其特征在于，所述温度调节装置包括电加热丝，所述电加热丝缠绕于所述油管。
5.根据权利要求1所述的基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统，其特征在于，所述注浆装置包括注浆压力泵、储浆罐以及注浆管路；所述注浆管路的一端与所述储浆罐连通，另一端伸入至所述岩样筒内；所述注浆压力泵与所述储浆罐连通，且与所述控制箱连接。
6.根据权利要求1所述的基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统，其特征在于，所述注水装置包括注水压力泵、储水罐以及注水管路；所述注水管路的一端与所述储水罐连通，另一端伸入至所述岩样筒内；所述注水压力泵与所述储水罐连接，且与所述控制箱连接。
7.根据权利要求6所述的基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统，其特征在于，所述注水管路上连通有酸碱液输送管路，所述酸碱液输送管路上连通有所述酸碱液注射器；所述酸碱液注射器与所述控制箱连接；所述酸碱度检测仪与所述注水管路连通。
8.根据权利要求6所述的基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统，其特征在于，所述温度调节装置包括电加热棒，所述电加热棒设置在所述储水罐内。
9.一种利用如权利要求1所述的基于多场耦合的岩体注浆充填试验系统进行岩体注浆充填试验的方法，其特征在于，
基于低场核磁共振仪建立给定的不同体积的水与其相对应的核磁信号量累计值之间的定量关系式：T＝kV；式中，T为核磁信号量累计值，V为水的体积；k为核磁信号量累计值与相对应水的体积的关系系数；
将岩石试样装载于所述试验系统的岩样筒；
利用所述试验系统的控制箱调节所述岩石试样受到的环向压力、轴向压力、注水流量、PH值以及温度至目标值，模拟出目标注浆环境；
当所述出液管路排出恒定流量的液体时，得到饱水状态的岩石试样，停止注水；利用低场核磁共振仪对岩石试样进行采样，测量岩石试样的T2谱分布曲线图，并获得饱水状态的岩石试样内部水分分布图像；
利用注浆装置向所述岩石试样内注浆，模拟出岩石试样在多场耦合效应下的注浆过程；注浆过程中，每隔一定时间，利用低场核磁共振仪对岩石试样进行采样，测量注浆过程中不同时刻下岩石试样的T2谱分布曲线图，并获得不同时刻下岩石试样内部水分分布图像；
根据不同时刻下岩石试样的T2谱分布曲线图，得到该时刻下岩石试样的核磁信号量累计值，基于核磁信号量累计值得到不同时刻下的注浆有效注浆驱水率e(ti)：
式中，Tpore为饱水状态的岩石试样的核磁信号量累计值，Twater(ti)为ti时刻下岩石试样的核磁信号量累计值，k为核磁信号量累计值与相对应水的体积的关系系数，Vpore为饱水状态的岩石试样的含水体积，Vwater(ti)为ti时刻下岩石试样的含水体积。
10.根据权利要求9所述的岩体注浆充填试验的方法，其特征在于，所述岩石试样有多个，将岩石试样逐一的装载于所述试验系统的岩样筒；利用所述控制箱调节每个岩石试样受到的环向压力、轴向压力、注水流量、PH值以及温度至目标值，模拟出相同的目标注浆环境；利用注浆装置向多个所述岩石试样内分别注入不同的注浆材料，模拟出每个岩石试样在多场耦合效应下的注浆过程，并得到不同注浆材料对应的岩石试样的注浆有效注浆驱水率。
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