[发明专利]CT扫描用刚柔型真三轴注浆渗流耦合试验装置及方法

说明书

本发明提出一种CT扫描用刚柔型真三轴注浆渗流耦合试验装置及方法，适用于岩土工程模拟实验研究使用。包括第一主应力加载系统、第二主应力加载系统、第三主应力柔性加载系统、刚性垫板组合系统、底座部分、注浆系统、出浆系统、数据收集系统组成。此试验装置扫描横截面区域内均为碳纤维材料，防止扫描图像出现伪影。其能够放入医用CT进行实时扫描；采用两向刚性加载一向柔性加载的复合形式进行加载，消除三向应力加载出现的边角应力集中问题；能够进行试样压裂真三轴注浆渗流试验，能够在CT扫描图像中获得注浆渗流试验中某一阶段的裂隙分形维数、渗透系数、浆液扩散与充填情况的变化规律，研究浆液渗流过程中浆‑岩耦合机理。

技术领域

本发明涉及一种真三轴注浆渗流耦合试验装置及方法，尤其是适用于岩土工程方面物理模拟实验研究使用的CT扫描用刚柔型真三轴注浆渗流耦合试验装置及方法。

背景技术

由于井下采掘工程的扰动，煤层所处的原岩应力状态经常被打破，反映为多种形式的应力加卸载的加载方式，因此，开展真三轴加卸载应力路径对原煤力学特性及渗透率的影响规律研究，可更真实地反映煤岩体的实际情况。对于以上研究中不少研究设备局限于常规三轴实验机模拟煤岩体开采扰动问题，无法真实的反映煤岩体三向主应力的变化规律。

而采用真三轴实验机进行模拟煤岩体开采扰动问题时，很少进行真三轴应力路径下裂隙注浆的研究，注浆过程中的密闭性及三向应力加载中出现的边角应力集中问题始终成为科研界两大难题。注浆过程中对于裂隙的影响始终没能真正的进行系统性的研究，注浆时浆液在泵压的作用下，将一些较大的裂隙充填满，其端部应力集中大大削弱甚至消失，改变原来的裂隙扩展破坏机制，还可将一些充填不到的封闭裂隙和小裂隙压缩，甚至使其闭合，提高围岩的弹性模量和强度。根据实验得知，降低岩体的孔隙率，可大幅度提高岩体的强度，注浆固化后起到提高围岩强度和转变岩体破坏机制的作用，使围岩在较大变形后仍然具有一定的承载能力，防范围岩突发性爆裂发生安全事故。

在真三轴应力路径下产生的裂隙具有一定的分散性、随机性，很难进行统一的归纳。为了克服这一难题，引进CT扫描技术与真三轴应力路径下裂隙注浆实验相结合，将注浆前后裂隙试样在维持最终加载应力环境下分别进行CT扫描，一方面研究真三轴不同应力路径下试样裂隙的渗透率、分形维数等参数的变化规律，另一方面研究裂隙注浆的扩散规律，进一步研究浆液对相对较大裂隙的充填扩张及对小裂隙的压密作用。实现了对试样在消除边角应力集中三向主应力环境下裂隙的分布规律、注浆后浆液的扩散规律及其裂隙-浆液耦合机理的全面、系统的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够综合评价试样在消除边角应力集中真三轴应力路径下产生的裂隙产状，进一步可研究对此裂隙试样进行注浆后浆液在裂隙内扩散规律及与浆-岩耦合机理的CT扫描用刚柔型真三轴注浆渗流耦合试验装置及方法。

技术方案如下：本发明的CT扫描用刚柔型真三轴注浆渗流耦合试验装置，包括真三轴实验盒、注浆系统、出浆系统和数据收集系统，真三轴实验盒包括紧贴岩石试样上下左右四个面形成加载结构的刚性垫板组合系统，刚性垫板组合系统包括四块错位设置的刚性垫板，刚性垫板与刚性垫板接触处设置有胶皮垫并通过螺栓施力将其压紧，刚性垫板组合系统外侧设有刚性加载框体，刚性加载框体与刚性垫板组合系统之间分别设有纵向施力装置和横向施力装置；岩石试样的前面和后面设有紧贴岩石试样的柔性施力装置，柔性施力装置与刚性垫板组合系统相互匹配从而将岩石试样包裹住，柔性施力装置始终保持与刚性垫板组合系统无死角贴合岩石试样的外表面，从而最大程度的保证岩石试样的前面和后面受力均匀。

具体的，包括第一主应力加载系统、第二主应力加载系统、第三主应力柔性加载系统，还包括底座部分、注浆系统、出浆系统和数据收集系统；底座部分包括底座，底座中心设有底座出浆口；第一主应力加载系统、第二主应力加载系统、第三主应力柔性加载系统、刚性垫板组合系统和底座部分组装构成真三轴实验盒；