[发明专利]一种裂隙岩体可视化注浆试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩样裂隙注浆模拟试验，具体涉及一种巷道裂隙岩体可视化注浆试验装置及试验方法，属于岩石工程领域。

背景技术

注浆加固技术作为最有效的软弱围岩和破碎围岩变形控制技术之一，在全国乃至全世界范围内得到了广泛的应用和推广，尤其对于深埋巷道裂隙围岩的变形控制具有显著的效果。

掌握浆液在围岩裂隙中的流动扩散规律对于进一步优化注浆加固参数、提升注浆加固效果具有重要的意义。然而，目前国内注浆支护理论的发展远滞后于注浆支护实践，特别是在注浆浆液流动扩散规律及其随注浆时间、注浆压力的变化等研究方面比较落后。究其原因主要是国内关于巷道裂隙围岩的注浆试验系统装置和试验方法具有较大的局限性。可视化注浆试验方法在研究浆液流动扩散规律方面具有突出的优势，引起了国内众多学者的关注。

在现有技术中，“复杂条件下的裂隙注浆可视化试验装置”公开了一种新的复杂条件下的裂隙注浆试验装置及试验方法，可以实现单一裂隙面在复杂条件下的注浆模拟试验；“一种可视化交叉裂隙动水注浆试验装置及方法”公开了一种注浆模拟试验装置，可以实现交叉裂隙与动水条件下的注浆模拟试验。但是无论是单一裂隙还是简单的交叉裂隙均与裂隙岩体中实际的复杂裂隙网络具有较大的差别，且上述两个发明均采用透明材料来模拟真实岩体，浆液在透明合成材料中的流动与真实岩体同样具有较大差异，无法模拟浆液在真实岩体裂隙网络中的流动扩散规律，试验结果与实际相差较大。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种裂隙岩体可视化注浆试验装置及试验方法，可以实现真实裂隙岩体全程可视化注浆试验，试验装置还考虑了裂隙岩体尺度效应对浆液流动扩散的影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：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，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。

所述试验盒以及注浆锚杆均采用高强有机玻璃材料制成。

所述硫酸钡颗粒粒径与水泥颗粒粒径相同,以确保硫酸钡颗粒与水泥颗粒均匀混合，从而使硫酸钡颗粒与水泥颗粒具有相同的运动轨迹。

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。硫酸钡作为造影剂加入水泥浆液中以实现裂隙中浆液在CT扫描下的可视化。

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。

所述中空螺钉采用有机玻璃加工而成。

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。

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。

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。