[发明专利]模拟复杂应力作用下室内灌浆试验装置及其试验方法

权利要求书

1.一种模拟复杂应力作用下室内灌浆试验装置，其特征在于：它包括底座，底座与安装其上的圆筒形有机玻璃密封罩以及上盖形成一个密封的周围压力室，围压管从底座一侧穿过与周围压力室联通，其外端与周围压力系统连接；圆柱形的岩土试样固定于周围压力室的底座中心上，岩土试样上、下面分别设有上透水石和下透水石，岩土试样外面包裹有橡皮膜；上透水石上面设有加压塞，加压塞连接有传力杆，传力杆密封穿过上盖中心与轴向加压装置连接，轴向加压装置安装于反力架上；反压力管从底座一侧穿过进入周围压力室后，再穿过加压塞与上透水石连接，反压力管的外端与反压力系统连接；在岩土试样轴心设有灌浆滤管，灌浆滤管上端封闭，下端于下透水石处与灌浆管联通，岩土试样与灌浆滤管处于密封环境；灌浆管从底座一侧穿出依次与压力传感器、流量计、灌浆泵和浆桶连接，在压力传感器之前的灌浆管上设有管道接头。

2.根据权利要求1所述的模拟复杂应力作用下室内灌浆试验装置，其特征在于：在所述围压管和反压力管上设有阀门。

3.根据权利要求1或2所述的模拟复杂应力作用下室内灌浆试验装置，其特征在于：在所述灌浆泵与流量计之间的灌浆管与浆桶通过一根短路管连接，短路管上设有阀门。

4.一种如权利要求1所述模拟复杂应力作用下室内灌浆试验装置的试验方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：

（1）将岩土试样与其轴心的灌浆滤管安装在周围压力室的底座中心上，沿岩土试样外壁长度方向均匀贴若干滤纸条后，再包裹橡皮膜；岩土试样上、下面分别安装上透水石和下透水石，橡皮膜与底座中心凸块和上透水石用橡皮筋扎紧，使岩土试样与灌浆滤管置于密封环境；安装上盖及有机玻璃密封罩后，将加压塞压住并固定岩土试样与灌浆滤管；

（2）通过周围压力系统及围压管给岩土试样周围的周围压力室注满水，并施加压力c₃；

（3）若试验设计不要求岩土试样中有水压力，则反压力管接通大气压，若试验设计要求岩土试样中有水压力存在，则通过反压力系统及反压力管给岩土试样施加一定的水压力P_w，并在试验过程中保持稳定；

（4）通过轴向加压装置、传力杆和加压塞给岩土试样施加主应力差Δc，则垂直方向的主应力

（5）通过灌浆泵、灌浆管及灌浆滤管在一定灌浆压力P作用下把一定水灰比的水泥浆液灌注入岩土试样中，形成一定扩散半径R的注浆体，浆液扩散半径R小于岩土试样半径，同时通过压力传感器和流量计分别记录相应的灌浆压力P和灌浆量V；

（6）卸去灌浆压力，旋开管道接头，断开灌浆管与灌浆泵等其它设备的连接，在灌浆管与灌浆滤管内插入冲水管冲洗里面的残余浆液，14天以后，重新接通管道接头，使灌浆管与灌浆泵等其它设备重新连接，通过灌浆泵、灌浆管及灌浆滤管在一定压力P_w作用下向岩土试样中压水，待压水呈稳定状态的流量Q，通过压力传感器与流量计分别记录相应的水压力P_w与稳定流量Q；

（7）根据达西定律与水利水电工程钻孔压水试验规程SL31-2003，采用q=Q/L·P_w，计算岩土试样的透水率；式中，q为试样的透水率，单位是Lu；L为试样的长度，单位是m；Q为稳定流量，单位是L/min；P_w为试验压力，单位是Mpa；

（8）卸去轴向主应力差Δc，通过轴向加压装置、传力杆使加压塞上移，然后通过周围压力系统卸去周围的压力c₃，通过围压管排除周围压力室内的水，取出岩土试样，测量浆液扩散半径R；

（9）采用试验设计安排中的不同的岩土试样，采用不同的灌浆压力、水灰比、轴向应力c₁以及周围压力c₃，按照步骤（1）至步骤（8）重复进行，将数据输入计算机处理与分析，得出浆液扩散半径与灌浆后透水率与介质结构即孔隙度和渗透系数，灌浆压力，注浆时间，水灰比等参数在复杂应力条件下的函数关系式。