[發明專利]承壓動水條件下高聚物裂隙注漿模型試驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 201811444736.2
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109342274B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 李曉龍;鐘燕輝;張蓓;趙鵬;郝梅美;陳廣鞏;金笛
• 申請（專利權）人: 鄭州大學;鄭州安源工程技術有限公司
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00;E21D11/38
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 趙磊

本發明提供一種承壓動水條件下高聚物裂隙注漿模型試驗裝置及試驗方法，試驗裝置，包括可視化裂隙試驗臺、可以調節供水壓力的穩壓供水系統、可以調節排水壓力的穩壓排水系統、監測系統和高聚物注漿系統；可視化裂隙試驗臺包括依次設置的透明板、密封墊圈和鋼板，透明板、密封墊圈和鋼板之間圍成密封的裂隙；可以調節供水壓力的穩壓供水系統、可以調節排水壓力的穩壓排水系統分別與可視化裂隙試驗臺的裂隙連接。能夠調整不同動水壓力環境，為測試承壓動水條件下高聚物裂隙注漿擴散特性提供了一種較完備的手段，所得測試結果可以為地下工程水害防治高聚物注漿參數設計提供依據。

技術領域

本發明涉及地下基礎設施安全防護領域，尤其涉及一種承壓動水條件下高聚物裂隙注漿模型試驗裝置及試驗方法。

背景技術

受惡劣地質條件的影響，滲漏、突涌水等災害始終是隧道施工和礦井生產過程中無法回避的技術難題。近年來，隨著我國交通基礎設施建設的快速發展和礦業開采加速向深部地層推進，因隧道開挖和礦井采掘導致的突涌水事故不勝枚舉，造成了十分慘重的損失。不僅如此，由于隧道施工和礦井開采所引起的隧址區（采空區）水土資源破壞、生活用水枯竭、地面塌陷等生態災難事件也屢屢出現，帶來了惡劣的社會影響和嚴重的經濟損失。發展高效、可靠的水害防治技術對于保障巖體工程施工和礦業開采安全、保護生態環境具有迫切而現實的意義。

注漿作為巖體工程水害防治的主要手段長期受到人們的重視，研發水害防治新材料、新技術和新理論一直是國內外專家學者關注的重要課題。近年來，具有自膨脹特性的雙組分聚氨酯高聚物注漿材料（簡稱高聚物）及其高壓注射技術在國際上發展十分迅速，應用日趨廣泛。與普通注漿材料相比，高聚物具有反應快、膨脹率高、防水抗滲、安全環保、耐久性好等特點，已成為綜合性能較優的注漿材料，在地下工程水害防治領域顯示出廣闊的應用前景。

巖體工程水害防治高聚物注漿方法的原理是通過向巖體裂隙（孔隙）中注射雙組分高聚物材料，利用高聚物材料發生化學反應后體積迅速膨脹并固化的特性，實現填充空隙、封堵滲漏通道、防治水害的目的。

裂隙是構成巖體中導水通道的基本形式，是產生突涌水災害的基礎條件之一，深入了解漿液在巖體裂隙中的擴散規律對于注漿設計和施工具有重要指導意義。與非膨脹性漿材主要依賴于注漿壓力驅動的擴散機制不同，高聚物漿液被注射到巖體裂隙中之后，主要依靠漿液自身膨脹產生的二次加壓作用推動漿液運動。由于高聚物材料的膨脹擴散性能與環境壓力、裂隙開度（裂縫縫隙厚度）、注漿量、反應時間及周圍介質的約束能力等因素有關，因此與水泥基及其他非膨脹性漿材相比，高聚物材料的注漿機理更加復雜。

目前國內外在高聚物注漿的配套設備、施工工藝等方面已取得重大進展，然而由于高聚物材料的特殊性，使得其注漿理論研究相對滯后，特別是對動水條件下高聚物漿液在巖體裂隙中的擴散規律尚缺乏深入認識，使得注漿方案設計和施工主要依賴于操作人員的經驗，理論研究的滯后已成為當前制約高聚物注漿技術發展的瓶頸。

模型試驗能夠直觀反映漿液擴散行為，是研究裂隙注漿擴散機理的重要途徑之一。不少學者結合工程實踐，開展了動水注漿模型試驗研究。現有技術中有提供動水環境的大型平行板試驗臺（4m×2m），對比分析了靜、動水條件下水泥基漿液在平面裂隙中的擴散規律；也有動水單裂隙注漿模型試驗系統，能夠提供長1m、寬0.5m的裂隙，用該裝置對比測試了改性脲醛樹脂動、靜水條件下的擴散特征；也有利用透明有機玻璃板裂隙（1.2m×0.25m）測試了動水條件下改性脲醛樹脂漿液的封堵能力；還有一種可變傾角平面裂隙注漿模型試驗系統，分析了裂隙傾角、水流速度對漿液擴散行為的影響。