[发明专利]一种裂隙岩体可视化注浆试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种裂隙岩体可视化注浆试验装置，包括裂隙岩体注浆三维试验盒，注浆系统，注浆参数测控系统，其特征在于，还包括对裂隙岩体的试验过程进行实时监测并显示的CT扫描装置；所述试验盒为透明盒体，所述试验盒一侧面的中心设有能够安装注浆系统的注浆锚杆的锚杆通过孔，锚杆通过孔的位置始终正对试验盒内腔的中心；所述注浆锚杆为透明材质，所述注浆系统通过注浆锚杆向裂隙岩体试件中注入水泥和硫酸钡混合浆液；所述CT扫描装置的CT探测器和CT放射源以两者之间的轴线垂直于注浆锚杆的方式，分置于试验盒的两侧。

2.根据权利要求1所述的一种裂隙岩体可视化注浆试验装置，其特征在于，所述试验盒以及注浆锚杆均采用高强有机玻璃材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种裂隙岩体可视化注浆试验装置，其特征在于，所述硫酸钡颗粒粒径与水泥颗粒粒径相同。

4.根据权利要求1或3所述的一种裂隙岩体可视化注浆试验装置，其特征在于，所述水泥和硫酸钡混合浆液制备时水、水泥和硫酸钡的配比为5:4:6。

5.根据权利要求1所述的一种裂隙岩体可视化注浆试验装置，其特征在于，所述注浆锚杆两端开口，一端通过锚杆通过孔伸入试验盒至裂隙岩体试件上开出的注浆孔中，另一端螺纹连接注浆系统的外部浆液输送管，注浆锚杆杆体设置有一系列浆液流动孔；所述注浆锚杆上套装有止浆密封塞，并螺纹连接有透明中空螺钉，止浆密封塞位于注浆孔的外端，中空螺钉与锚杆通过孔螺纹连接；所述中空螺钉的长度不小于安装后止浆塞外端面距离锚杆通过孔外端的距离。

6.根据权利要求5所述的一种裂隙岩体可视化注浆试验装置，其特征在于，所述中空螺钉采用有机玻璃加工而成。

7.根据权利要求1所述的一种裂隙岩体可视化注浆试验装置，其特征在于，所述注浆系统包括顺次连接的注浆锚杆、浆液输送管、稳压器、注浆泵和浆液存储桶，浆液存储桶内设置搅拌机。

8.根据权利要求1所述的一种裂隙岩体可视化注浆试验装置，其特征在于，所述注浆参数测控系统包括设置在浆液输送管上设置压力调节器、压力表、阀门和流量计以及集成控制面板，所述集成控制面板分别与压力调节器、压力表、阀门和流量计连接。

9.根据权利要求1所述的一种裂隙岩体可视化注浆试验装置，其特征在于，所述试验盒的内腔尺寸可调，由前、后挡板以及可调节长度的上、下、左、右四个大小相等的侧板组成，所述四个侧板首尾相连，扣合成一个前、后侧开口的长方形盒体，该盒体截面为正方形且内径尺寸可调；所述长方形盒体的两端分别与前、后挡板通过螺钉连接，后挡板的内侧设有柔性气囊；所述上、下、左、右四个侧板均包括主板体和与主板体活动连接的至少一段尺寸调节板，所述主板体与尺寸调节板燕尾槽连接，盒体的四周均设有安装孔，并通过螺钉连接，安装孔开口方向顺时针90度旋转设置；所述安装孔由两段孔体组成，其中一段为通孔，位于一侧板的主板体上，且垂直于该侧板设置，另一段为盲孔，位于另一侧板的尺寸调节板上，且平行于该侧板设置，当两个侧板垂直连接时，螺钉依次穿过通孔进入盲孔中将两个侧板固定；所述前、后挡板的四周，分别对应螺孔设有尺寸调节孔，所述尺寸调节孔设置多个，分别由前、后挡板的边缘向挡板的中部等距离设置，其个数不少于单个侧板的尺寸调节板的个数，当侧板组成的盒体内径变化一个尺寸调节板的宽度空间时，侧板两侧的螺孔总会与前、后挡板上的一组同一周向上的尺寸调节孔相对应；所述前挡板的中心设有锚杆通过孔。

10.一种裂隙岩体可视化注浆试验方法，其步骤如下：

步骤1）：采集工程现场裂隙岩体，将其加工成正方体的裂隙岩体试件，并在正方体试件的任一面的中心位置钻取注浆孔，注浆孔的直径为8~10mm，注浆孔深度为正方体试件边长的一半；

步骤2）：根据试件的大小选择减少或增加试验盒侧板上尺寸调节板的数量以调节三维注浆试验盒的尺寸，使之与试件的大小匹配，并将含注浆孔的裂隙岩体试件放置于三维可变尺寸注浆试验盒中，使试件上的注浆孔与试验盒前挡板中央的锚杆通过孔对齐，用螺钉将试验盒的侧板和前后挡板之间连接固定；

步骤3）：将用有机玻璃材料特制的注浆锚杆穿过试验盒前挡板中央的锚杆通过孔置于裂隙岩体试件的注浆孔中，注浆锚杆带螺纹的一端为外露端，注浆锚杆外径略小于注浆孔的直径，取6~8mm，注浆锚杆的长度比注浆孔的深度大30~40mm，将止浆塞套于注浆锚杆上，然后将特制的中空螺钉紧固于锚杆通过孔，中空螺钉挤压止浆塞，完成注浆锚杆的安装和注浆孔的密封；

步骤4）：按照5:4:6的水、水泥和硫酸钡的配比制备水泥和硫酸钡混合浆液，将制备好的专用试验浆液置于浆液存储桶中，注浆过程中浆液存储桶内的搅拌机不间断搅拌浆液；

步骤5）：注浆锚杆与外部浆液输送管通过注浆锚杆外露端的螺纹连接，并完成注浆系统各单元的连接，将三维可变尺寸注浆试验盒放置于CT扫描平台上，试验人员撤出CT扫描室；

步骤6）：开启CT机，首先对注浆前的裂隙岩体试件进行CT扫描，得到试件内部三维裂隙分布规律，然后通过集成控制面板远程设定压力调节器的注浆压力，开启注浆阀门，进行裂隙岩体试件的注浆，1~2分钟后关闭注浆阀门，随即开启CT机，扫描浆液在岩体裂隙中的运动扩散情况，CT扫描结束后立即远程开启注浆阀门继续注浆，重复上述操作直至浆液扩散范围不再增大为止，获得同一注浆压力下浆液随时间的运动扩散范围及流量等试验数据；

步骤7）：完成上述系列试验后，重新选取试件，设置不同的注浆压力完成步骤1~步骤6的操作，重复至少三组试验，对比相同注浆时间下各组试件可视化注浆试验结果，可获得注浆压力大小对浆液在岩体裂隙中运动扩散规律的影响。