[發明專利]一種用于研究巖石裂隙誘導式注漿參數的可視化實驗設備及方法

在審

• 申請號: 201910407777.2
• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110196213A
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 劉杰;高素芳;楊艷;王章星;黎照;唐洪宇;孫濤;謝曉康;李洪亞;楊琨;趙其賢
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G01N13/04
• 分類號: G01N13/04;G01N3/12;G01M10/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 李登橋

1.一種用于研究巖石裂隙誘導式注漿參數的可視化實驗設備，其特征在于：它包括反力框架（1），所述反力框架（1）包括底板（22），所述底板（22）的頂部四角通過支撐桿（20）支撐安裝有頂板（21），所述支撐桿（20）的中間部位支撐有均力板（3），所述均力板（3）用于支撐放置用于實驗的標準巖石樣本（4）；所述標準巖石樣本（4）的頂部支撐有鋼化玻璃（2），所述鋼化玻璃（2）固定在頂板（21）的底部端面；所述標準巖石樣本（4）的對稱兩側壁上安裝有特制連接槽（11），在其中一側的特制連接槽（11）上固定有多個管接頭，所述管接頭通過注漿管（9）與砂漿注漿機（8）相連，在另一側的特制連接槽（11）上通過管接頭連接有誘導管（10），所述誘導管（10）與抽吸設備（12）相連。

2.根據權利要求1所述一種用于研究巖石裂隙誘導式注漿參數的可視化實驗設備，其特征在于：所述底板（22）的底部四角安裝有活動鉸鏈（14），所述活動鉸鏈（14）的底部鉸接有電動升降桿（19），所述電動升降桿（19）采用獨立供電的機械推桿，由外管筒和內推桿組成，在其底部安裝有防止側向位移的圓形支盤；所述電動升降桿（19）配備有用于遠程控制的遙控器。

3.根據權利要求1所述一種用于研究巖石裂隙誘導式注漿參數的可視化實驗設備，其特征在于：所述底板（22）的頂部中心部位安裝有液壓千斤頂（13），所述液壓千斤頂（13）的活塞桿頂端布置有壓力傳感器（17），所述壓力傳感器（17）與均力板（3）的底部端面相接觸配合。

4.根據權利要求1所述一種用于研究巖石裂隙誘導式注漿參數的可視化實驗設備，其特征在于：所述底板（22）底端中間部位安裝有一個角度傳感器（15），角度傳感器（15）通過藍牙通訊連接到監測設備，并將監測參數直接傳到設備。

5.根據權利要求1所述一種用于研究巖石裂隙誘導式注漿參數的可視化實驗設備，其特征在于：所述頂板（21）的頂部支撐安裝有電子監控設備（18）。

6.根據權利要求1所述一種用于研究巖石裂隙誘導式注漿參數的可視化實驗設備，其特征在于：所述支撐桿（20）的兩端設置有螺紋柱，所述螺紋柱與固定螺母（23）相配合并將底板（22）和頂板（21）固定在其兩端。

7.根據權利要求1所述一種用于研究巖石裂隙誘導式注漿參數的可視化實驗設備，其特征在于：所述標準巖石樣本（4）是在施工現場中具有代表性的地帶選取的巖樣，樣本內包含有巖石裂隙，樣本的形狀為長方體；所述標準巖石樣本（4）沿著裂隙處分開，保留下半部分巖樣，用3D打印機打印一個和上半部分巖樣相同的硬質模具（5）。

8.根據權利要求1或7所述一種用于研究巖石裂隙誘導式注漿參數的可視化實驗設備，其特征在于：所述標準巖石樣本（4）通過密封膠（7）和透明塑料膜（16）與巖樣復制品（6）粘結固定相連，所述巖樣復制品（6）采用硬質模具（5）制作成型，所述巖樣復制品（6）采用透明土材料制成，所述透明土為無定形硅膠或熔融石英與具有相應折射率的孔隙流體合成的新型無機材料。

9.根據權利要求1所述一種用于研究巖石裂隙誘導式注漿參數的可視化實驗設備，其特征在于：所述特制連接槽（11）上連接管的所在位置與標準巖石樣本（4）上的巖樣裂隙所在的位置保持一致。

10.采用權利要求1-9任意一項所述可視化實驗設備進行巖石裂隙誘導式注漿參數研究的實驗方法，其特征包括以下步驟：

Step1：材料準備：準備多種不同厚度、高強度的鋼板、不同口徑的鋼筋、兩端帶有部分螺紋的螺桿、鋼化玻璃、巖石樣本、透明塑料膜、3D打印機器、透明土、密封膠、砂漿注漿機、PVC透明軟管、抽吸機、接頭、液壓千斤頂、角度傳感器、活動鉸鏈，、電動升降桿、壓力傳感器和電子監控設備；

Step2：底板（22）的制作：將厚度為e的鋼板的加工成長為c，寬為d的矩形，在其靠近四角的位置各鉆一個直徑為b的圓形內螺紋小孔；

Step3：頂板（21）的制作：將厚度為e的鋼板的加工成長為c，寬為d的矩形，然后，在其上鋸出一個長為g，寬為h的內開口，靠近四角的位置，并與底板（22）的鉆孔位置相同的位置，各鉆一個直徑為b的圓形內螺紋小孔；

Step4：鋼化玻璃（2）的制作與安裝：將鋼化玻璃裁成與頂板（21）相同的大小，四角同樣開有位置相同的小孔，并帶有內螺紋；

Step5：反力框架（1）的制作與安裝：將支撐桿（20）兩端分別扭進到頂板（21）、鋼化玻璃（2）與底板（22）的小孔中，用固定螺母（23）固定，其中，鋼化玻璃緊貼著安裝在頂板（21）的下面，兩塊鋼板的間距可以按照實際情況調節；

Step6：巖樣的處理與安裝：將從山區取回的巖樣進行簡單的尺寸切割處理，制作成標準巖石樣本（4），保證其外尺寸符合要求，將巖樣沿裂隙分離成兩半，一半用來作為3D打印的原始模樣，另一半作為實驗材料；

Step7：特殊材質的巖樣復制品（6）的制作：用3D打印機打印一個和step6中所述的一半巖樣外觀形狀比例相同的硬質模具（5），將調制好的透明土原材料填充到硬質模具（5）里，采用機械壓實，自然晾干的手段，制成透明的巖樣復制品（6），用透明塑料薄膜（16）將巖樣復制品（6）與原先標準巖石樣本（4）的另一部分組合，用密封膠（7）將巖樣的左右兩側密封好，在巖樣前后兩側各鉆三個等距離的口徑為j的小孔；

Step8：特制連接槽（11）的制作與安裝：用鋼片焊接兩個長為g，寬為0.25h，厚為i的鋼塊，在鋼塊長度方向的兩側開三個等距離的小孔，將接頭焊接上去，將兩個特制連接槽（11）的接頭對齊step7中所述的小孔中，用密封膠密封每一處接縫；

Step9：注漿管（9）、誘導管（10）的安裝：取兩段一定長度的PVC透明軟管，其中一根作為注漿管，其一端直接連接砂漿注漿機（8），一端連接到巖樣后側的特制連接槽（11）的其中一個管口上，另一根透明管作為誘導管，一端直接連接到抽吸設備（12），另一端連接到巖樣前側的特制連接槽（11）的其中一個管口上；

Step10：液壓千斤頂（13）的安裝：在底板（22）的正中心位置放上液壓千斤頂，在千斤頂的上面放上均力鋼板（3）；

Step11：角度傳感器（15）安裝在底板（22）下側的正中心位置，通過有藍牙功能的設備與其連接并接收讀數；

Step12：活動鉸鏈（14）與電動升降桿（19）的安裝：將四根電動升降桿（19）與活動鉸鏈（14）鉚接，再將活動鉸鏈（14）的轉鉸與底板（22）的四角焊接；

Step13：實驗時，壓力傳感器（17）放置在液壓千斤頂的上面，均力鋼板的下面；

Step14：電子監控設備（18）的安裝：在反力框架頂端上方安裝一個電子監控設備，它由四根連接到反力框架四角的鋼條固定；

Step15：運用反力框架（1）、液壓千斤頂（13）模擬巖樣的受壓狀態；通過砂漿注漿機（8）向巖樣裂隙內灌注砂漿，通過另一側用于抽吸和誘導的抽吸設備（12），排出裂隙中的氣體；

Step16：通過調整反力框架底部四角的電動升降桿的高度來間接控制巖樣裂隙的傾角；整個實驗過程中，可以調整的變量包含液壓千斤頂的壓力值、注漿點的位置、抽吸點的位置、以及裂隙傾角，研發巖石裂隙可視化誘導式注漿技術，獲取在不同注漿位置、不同抽吸位置、裂隙不同開度和走向及不同結構面產狀情況下漿液流動規律、裂隙封堵范圍及加固強度。