[发明专利]一种深埋高压注浆隧洞围岩渗透特性与承载能力测试方法

说明书

本发明公开了一种深埋高压注浆隧洞围岩渗透特性与承载能力测试方法，该方法基于蒙特卡洛Monte‑Carlo模拟深埋高压隧洞裂隙围岩真实损伤裂隙网络；采用裂隙网络逆向重构岩体结构面虚拟模型，3D打印出岩体结构面试样；采用高压涌水注浆堵水对打印出的岩体试样注浆；在全自动三轴力学伺服实验系统中进行注浆裂隙岩体试样的渗透性和承载能力测试。将已进行三轴力学实验的岩体试件进行CT电镜扫描所获得的数据、图像进行比对分析，获得岩体试件内部结构变化规律。本发明通过分析得到注浆裂隙围岩的渗透特性与承载能力，并运用于深埋高压隧洞注浆裂隙围岩工程，检测隧洞开挖注浆裂隙围岩内部结构的稳定性，提高了隧洞开挖施工的安全性。

技术领域

本发明涉及深埋高压隧洞注浆方法，尤其涉及一种深埋高压隧洞注浆裂隙围岩渗透特性与承载能力测试方法。

背景技术

在岩土工程实践中，由于地质条件复杂、高压隧洞埋深大，在施工中容易出现孔壁垮塌、涌水现象，大多采用注浆技术增加岩体的承载力与结构的稳定性。但就目前的施工工艺与技术来说，常规的钻孔灌浆堵漏方法在隧洞中施工难度较大，施工人员的安全性得不到保障，施工进度无法保证，并且施工效果难以精确掌握。

发明内容

发明目的：本发明提供一种深埋高压注浆隧洞围岩渗透特性与承载能力测试方法，以克服现有技术中在隧洞中施工难度较大，施工效果难以精确掌握的技术问题。

技术方案：本发明深埋高压注浆隧洞围岩渗透特性与承载能力测试方法包括以下步骤：

(1)基于蒙特卡洛Monte-Carlo模拟深埋高压隧洞裂隙围岩真实损伤裂隙网络；

(2)采用裂隙网络逆向重构岩体结构面虚拟模型，3D打印出岩体自然结构面试样；

(3)采用高压涌水注浆堵水方法对打印出的岩体试样进行注浆；

(4)在全自动三轴力学伺服实验系统中进行注浆裂隙岩体试样的渗透性和承载能力测试；

(5)将已进行三轴力学实验的岩体试件进行CT无损电镜扫描所获得的数据、图像与三轴力学实验前后试件的内部机理进行比对分析，分析、验证岩体试件内部结构变化规律。

步骤(1)中，本发明基于蒙特卡洛Monte-Carlo模拟方法，结合三维岩土工程软件对实际深埋高压隧洞注浆裂隙进行测量与分组，模拟出深埋高压隧洞裂隙围岩真实损伤裂隙网络。

步骤(2)中，逆向重构岩体结构面虚拟模型，采用逆向工程软件，利用现有的样品，通过蒙特卡洛Monte-Carlo技术与三维岩土工程软件所构建的裂隙网络获取轮廓坐标值，反向构建得到三维模型；然后3D打印出岩体自然结构面试样，采用高分子塑料为打印材料，按照三维模型逐层堆积形成岩石试件，批量得到结构面形貌一致的岩石试件。

步骤(4)中，在全自动三轴力学伺服实验系统中进行注浆裂隙岩体试样的渗透性测试，先对各组岩石试件进行饱水试验，保证岩样在放入实验仪器前处于饱水状态，放入实验仪器，密封三轴室。在围压、轴压不变的前提下，打开试件上端通水阀门，在设定限度范围内增大渗透压，获得在同一时间段内不同大小的渗透压渗过岩样的水流量，当单位时间内渗过试样的水流量稳定不变时，该岩样已产生稳定的渗流，从而得到该时间段内该岩样对应的渗透率。结合对岩石试样弹性模量测定所得到的损伤变量与渗透率对岩石试样内部结构的影响，衡量、分析得到岩石试样的渗透特性。

在全自动三轴力学伺服实验系统中进行注浆裂隙岩体试样的承载能力测试时，通过增加轴压卸载围压压实实验，对不同初始轴压的实验试件轴向与侧向应力应变的关系进行拟合，建立一个注浆裂隙岩样的承载能力模型。

由于CT电镜扫描能观察到岩样内部结构，并且在扫描过程中不会给岩样内部结构造成伤害，本发明根据CT电镜扫描出的CT图像与三轴力学实验前后试件的内部机理相比对，分析、验证试件内部结构的变化规律。