[發明專利]三向應力滲流耦合注漿試驗系統及方法

有效

• 申請號: 201610342972.8
• 申請日: 2016-05-20
• 公開（公告）號: CN105842424B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 趙金海;尹立明;郭惟嘉;白麗揚;劉占新;郭皓;崔博強
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司37205
• 代理人: 黃鈺

技術領域

本發明涉及巖土工程試驗技術領域，特別是涉及一種三向應力滲流耦合注漿試驗系統及方法。

背景技術

結構面廣泛存在于巖體中，研究其力學特性具有十分重大的理論以及工程意義。碎裂巖體中結構面的存在影響了巖體的穩定性，威脅到工程安全，因此，研究巖體注漿加固之后結構面的力學特性，揭示注漿加固實質與作用機理意義重大。國內外許多學者對巖體結構面剪切應力-滲流耦合模型進行了研究，但都存在一定的局限性，廣泛適用性有限。對于工程巖體結構分析中需要單獨考慮巖體的結構面，因巖體的各向異性、非均質性，要建立合理的能夠滿足大多數結構面力學特性的模型在現階段也是有難度的。巖體結構面的剪切試驗是人們廣泛應用的獲取巖體結構面抗剪強度及其參數的有效方法，其一般分為原位試驗和室內模型試驗，前者可得到一定尺寸范圍內較為可靠的巖體結構面抗剪強度和參數，但是原位試驗由于試驗費用高、周期長、環境差、操作復雜等缺點應用相對較少；后者相對于前者有費用低，操作簡單等優點而被廣泛使用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三向應力滲流耦合注漿試驗系統及方法，以適用于巖體結構面的三向應力剪切-滲流模型，模擬巖體在三向應力和滲流耦合作用下的破壞情況以及巖體在注漿以后的阻水特性，模擬在水壓、圍壓作用下對巖體強度進行定量的標定，為注漿后的巖體強度和巖體的注漿效果提供依據。

本發明提供一種三向應力滲流耦合注漿試驗系統，包括支撐架、加載單元、注漿單元和注水單元，加載單元包括上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭，上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭分別活動連接于支撐架的上、下、左、右、前和后的位置，上壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭中均開設有注漿流道，注漿流道裝配連接注漿單元，下壓頭中開設有注水流道，注水流道裝配連接注水單元，上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭的內側均裝配連接有密封圈。

進一步的，注漿單元包括經注漿管路依次連接的注漿攪拌站、注漿壓力泵站、注漿閥門和注漿壓力表，注漿管路的末端裝配連接注漿流道。

進一步的，注水單元包括經注水管路依次連接的水箱、水壓力泵站和水壓力表，注水管路的末端裝配連接注水流道。

進一步的，注水管路上在水壓力泵站和水壓力表之間還連接有溢流閥。

進一步的，還包括分別與上壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭裝配連接的注漿盤，注漿盤的外表面均勻開設有多條注漿流道，注漿盤上的注漿流道分別與上壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭中的注漿流道連接。

進一步的，上壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭的中間位置均開設有第一空腔，注漿盤裝配連接于第一空腔內。

進一步的，還包括與下壓頭裝配連接的注水盤，注水盤的外表面均勻開設有多條注水流道，注水盤上的注水流道與下壓頭中的注水流道連接。

進一步的，下壓頭的中間位置開設有第二空腔，注水盤裝配連接于第二空腔內。

進一步的，還包括液壓單元，液壓單元經液壓管路連接上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭。

本發明還提供一種三向應力滲流耦合注漿試驗方法，應用上述的三向應力滲流耦合注漿試驗系統，包括以下步驟：

步驟一、在試件內設置應力傳感器，將試件放置于上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭包圍的空間內；

步驟二、通過左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭對試件施加圍壓至預設值，注水單元經下壓頭對試件施加水壓至預設值并保持恒定，上壓頭和下壓頭對試件施加軸壓至預設值，經應力傳感器監測三向應力和滲流耦合作用下試件的破壞情況；

步驟三、待試件破壞后，保持圍壓、軸壓和水壓保持恒定，注漿單元經上壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭對破壞的試件注漿；

步驟四、待注漿凝固后，停止注漿并調節水壓，以監測經注漿的破壞的試件的阻水特性；

步驟五、保持水壓、圍壓恒定，對經注漿的破壞的試件施加軸壓，定量分析經注漿的破壞的試件的強度。

進一步的，步驟一中，在將試件放置于上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭包圍的空間內之前，先將試件放入水中浸泡至試件達到飽和狀態。

與現有技術相比，本發明的三向應力滲流耦合注漿試驗系統及方法具有以下特點和優點：

1、本發明的三向應力滲流耦合注漿試驗系統，對試件進行圍壓、軸壓三向應力，并對試件施加水壓滲流，實現模擬對巖體結構面的三向應力剪切-滲流的耦合；