[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

说明书

技术领域

本发明属于深部岩土工程领域，具体涉及一种岩土体在不同应力水平、不同水压作用下的灌浆试验装置及其试验方法，主要用于解决深部岩土工程领域中由于复杂应力和地下水压力耦合作用下岩土体灌浆工程中浆液扩散半径与灌浆后结石体渗透系数值，及其与岩土体介质结构、灌浆压力、灌浆时间、水灰比，浆液粘度等参数之间函数关系的研究。

背景技术

浆液扩散半径与灌浆后结石体渗透系数是反映灌浆效果的重要指标，它直接影响灌浆孔孔距的布置与防渗加固效果，不仅受到岩土体介质结构、灌浆压力、注浆时间、水灰比，浆液粘度等不同程度的影响，还要考虑岩土体受不同应力水平、不同水压作用的影响，是国际岩土体防渗加固的热门课题之一，也是核废料地下处置、地下能源储存、地下二氧化碳储存、地热开发、石油开采、水利水电，核电、边坡、铜室等众多与灌浆工程相关岩石工程的最基础性研究课题。若灌浆失败，则不仅浪费大量的人力物力，且会危及人员财产安全，污染环境与地下水资源等。目前，现场试验投入的人力物力大，且仅是为现场施工提供试探性的定性试验，试验数据极少，远不能全面研究；室内试验多是利用临时拼凑的设备做一些简单的研究，很不成熟，人工操作，功能单一，且没有考虑复杂应力的影响等，试验数据的缺乏（特别是全面、综合的试验数据）不仅限制了岩土体灌浆理论体系的发展，而且严重制约了岩土体介质中固、液、气相互作用与多场藕合的灌浆模型以及岩土体灌浆理论的发展以及预测结果准确性。故亟需一种模拟复杂应力作用下室内灌浆试验的装置及其试验方法，来有效地填补这方面的空白。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种对岩土体在不同应力水平、不同水压作用下，浆液扩散半径与灌浆后结石体渗透系数及其与相关灌浆参数等进行实时观测和监测的试验装置，以克服己有技术中存在的不考虑试样复杂应力水平，测试时间长、可靠性低、试验数据精度低、使用不便，功能单一，花费大等缺点。

本发明的第一个目的是通过如下的技术方案来实现的：该模拟复杂应力作用下室内灌浆试验装置，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。

更进一步，为便于控制，在所述围压管和反压力管上设有阀门。

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。当打开短路管上的阀门时，多余的浆液回流到浆桶中。

本发明的目的之二在于提供上述模拟复杂应力作用下室内灌浆试验装置的试验方法，该方法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；