[发明专利]一种开挖应力下预制含裂纹岩体注浆试验系统及使用方法

说明书

本发明公开了一种开挖应力下预制含裂纹岩体注浆试验系统及使用方法，该系统以水力压裂技术为基础，考虑实际采场中开挖所产生的采动应力场，将由岩块制作成完整的大尺度岩体试样预制成开挖应力下的含裂纹岩体，然后进行注浆试验。通过在顶端部实施水压致裂、岩石左右两侧和底部布置分级伺服控制加载器，实现对岩体不同方向施加不同载荷的目的，利用水压与侧向加载应力间的关系，改变岩样所承受的最大主应力方向，从而在岩体内部随机生成裂纹。同时沿压裂钻孔钻打注浆孔，向含裂纹岩体注浆完成试验，为分析浆液扩散规律、浆‑岩体稳定性提供试验基础。本发明结构简单，试验设计合理，使用方便，含裂纹岩体制作高效可行，注浆试验方便易实施。

技术领域

本发明涉及一种由完整岩体预制裂隙岩体及其注浆的式试验系统，尤其涉及一种开挖应力下预制含裂纹岩体注浆试验系统及使用方法。

背景技术

在采矿工程、水库修筑工程、地下放射性废料储存库建设工程中，由于节理、裂隙、软弱夹层等非连续面的存在，岩体的连续性、密闭性受到极大影响，具有不均匀性和各向异性的特点，裂隙的广泛发育严重影响岩体的稳定性，不利于工程的实施。注浆加固技术已经广泛应用于岩土工程的各个领域，来解决岩体因裂隙等非连续面存在所导致的工程问题，能够显著改善裂隙岩体的结构及力学性能，提高裂隙岩体的强度和稳定性，降低岩体的渗透性，利于堵水加固，储存水、废料等，是目前应用最为广泛的技术之一。

因此研究分析注浆作用对岩体裂隙力学特性的影响是非常必要的，但是由于地下岩体注浆是一种隐蔽的、复杂的、不可直观的工程技术，所以当前研究分析多集中于试验研究。注浆试验研究是一种以理论基础为背景，以解决工程实际为目的，寻求总结浆液影响规律的重要手段。

但当前地下岩体取裂隙岩体试样困难，地下开挖也会进一步影响岩体的裂隙扩展路径，裂隙分布呈现随机性，而对注浆技术总结隐蔽的浆液扩散规律，因此迫切需要一种能够考虑实际地下开挖应力作用的，既能预制含裂纹岩体又能实现注浆试验的试验系统及使用方法。

发明内容

本发明的目的是，提供一种开挖应力下预制含裂纹岩体注浆试验系统及其使用方法，该系统能够实现考虑开挖应力在内的裂隙岩体注浆试验，具备预制裂纹的扩展随机性，浆液扩散应力效应，实现了预制含裂纹岩体与注浆同时进行。

本发明的目的之一是解决上述技术问题，提出的一种开挖应力下预制含裂纹岩体注浆试验系统，包括：

水力压裂系统，为由完整岩石制作含裂纹岩体提供致裂压力；采用水力压裂技术对岩体进行预制裂纹处理，水力压裂能更好的反映裂隙分布，裂隙成型好，且能够真实反映裂隙岩体在地下所存在的渗流冲刷条件。

注浆系统，用于实现在水压致裂完成后向裂隙岩体内部实施注浆操作；将水压致裂注水孔作为注浆的注浆孔，可以缩短试验时间，减少试验成本。

外腔，作为内腔的承载结构，布置于底座之上，并由加紧封盖封顶；外腔的底端空间、侧壁空间用于安装分级伺服控制加载器，底端的每两个分级伺服控制加载器的中间布置导液孔通过导液管与内腔连接；在内腔底端设有导液管，及时排出内腔内预制裂纹时的残余液体，防止对伺服控制器产生影响。

内腔，用于承载岩石试样以进行试验，安置于外腔的阶梯外壁之上，并由螺栓固定，且在内腔的侧壁和底部留有安装分级伺服控制加载系统的安装孔；

分级伺服控制加载系统，包括分级伺服控制加载器和PC控制端；多个分级伺服控制加载器的底端分别安置于外腔的内侧壁和底部，其头部端穿过内腔与岩样接触；对岩石提供不同的加载应力，模拟地层开挖应力，同时在加载器端部安设应力传感器以监测试验过程的应力变化。

进一步地，上述的分级伺服控制加载器，其利用计算机调控多级伺服控制器，进而实现对液压缸的调节，从而实现分级伺服控制，反应开挖应力效应。

上述的外腔与中段留有导水空间的底座采用无缝焊接。