[發明專利]三向應力加載裂隙巖體劈裂-滲透注漿試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202010532874.7
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111638171B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 韓立軍;朱合軒;董立恒;孟慶彬;田茂霖;孟令東
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N3/12;G01N23/046;G01N3/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

一種三向應力加載裂隙巖體劈裂?滲透注漿試驗裝置及方法，適用于巖土工程方面物理模擬實驗研究。包括三維加載框，側壓隔離伸縮板、第一主應力加壓裝置、第二主應力加壓裝置、第三主應力加壓裝置、注漿裝置、應力監測系統組成。對組合裂隙巖體施加第一主應力、第二主應力及第三主應力，采用側壓隔離伸縮板將兩個側壓施壓的加壓液囊隔開，將加壓液囊的可伸縮性與鐵質隔離板剛度小的特性相結合，完美地消除了加載裂隙巖體的邊角效應；采用加壓液囊施加側壓對于提高裂隙巖體的密封性具有很大幫助，解決了三向應力加載巖體實驗中邊角效應及密封性的問題，并以拼接小巖石試樣組成大裂隙巖體在有無裂隙填充體進行試驗具有重要意義。

技術領域

本發明涉及一種注漿試驗裝置及方法，尤其適用于巖土工程方面物理模擬實驗研究的三向應力加載 裂隙巖體劈裂-滲透注漿試驗裝置及方法。

背景技術

注漿理論是多學科交叉之下的基本理論，其主要涉及有水力學、裂隙巖體力學、流體力學和固結力 學等學科，其主要研究注漿漿液在巖體內的流動擴散形式以及注漿固結方式，進而從理論上建立漿液擴散 半徑、注漿壓力、漿液流量和注漿漿液凝膠時間等相關注漿參數之間的關系。現階段針對復雜高應力狀態 下深部裂隙巖體注漿漿液滲流理論模型方面的研究尚不完善和深入，較少考慮注漿過程中裂隙巖體三向應 力-漿液滲流耦合特征、裂隙的啟裂-擴展-縫寬維持機制。因此，急需開展考慮三向應力下的深部裂隙巖體 劈裂-滲透注漿機理研究。

漿液在高泵壓的作用下，將一些較大的裂隙充填滿，其端部應力集中大大削弱甚至消失，改變原來的 裂隙擴展破壞機制，還可將一些充填不到的封閉裂隙和小裂隙壓縮，甚至使其閉合，提高圍巖的彈性模量 和強度，甚至將一些閉合或是有弱膠結的裂隙劈裂，形成新的裂隙注漿通道，最終在距離巷道一定深度的 圍巖形成裂隙漿液固結體骨架形成結構效應。這其中，漿-巖耦合作用是研究劈裂注漿的關鍵，而劈裂注漿 的過程及效果也需要進行有效的評價。

發明內容

針對上述技術的不足之處，提供一種能夠在三向應力條件下、拼接組合而成且可進行有無裂隙填充體 的裂隙巖體劈裂-滲透注漿實驗的實驗裝置，模擬分析不同傾角裂隙巖體在三向應力條件下劈裂注漿起劈誘 發因素的影響及其誘發因素對于起劈的影響程度、閉合裂隙劈裂的方向性及分布規律、閉合裂隙劈裂后裂 隙張開度與其周圍裂隙閉合程度、閉合裂隙劈裂及漿液運移擴散的機理的三向應力加載裂隙巖體劈裂-滲透 注漿試驗裝置及方法。

為實現上述目的，本發明的三向應力加載裂隙巖體劈裂-滲透注漿試驗裝置，包括三維加載框，第一主 應力加壓裝置、第二主應力加壓裝置、第三主應力加壓裝置、注漿裝置和應力監測系統；

所述第一主應力加壓裝置包括第一主應力加壓液囊和液囊加壓裝置，第二主應力加壓裝置包括第二主 應力加壓液囊和液囊加壓裝置，第三主應力加壓裝置包括第三主應力加壓液囊和液囊加壓裝置，三維加載 框為矩形鋼板組成的金屬箱體結構，三維加載框的前面、右面、上面鋼板上開有進水孔，后面鋼板開有注 漿孔；三維加載框內設有裂隙巖體，第一主應力加壓液囊、第二主應力加壓液囊和第三主應力加壓液囊分 別設置在裂隙巖體與三維加載框之間，其中第一主應力加壓液囊設置在裂隙巖體的頂面，第二主應力加壓 液囊設置在裂隙巖體的右面，第三主應力加壓液囊設置在裂隙巖體的前面；其中第一主應力加壓液囊與裂 隙巖體的頂面之間設有第一主應力加載板，第一主應力加載板邊緣設有密封圈，第二主應力加壓液囊與裂 隙巖體的右面之間設有側壓隔離伸縮板；

所述的液囊加壓裝置包括法蘭頂板，閥門，手動加壓泵，減壓閥，注水管道和注水管，三維加載框的 前面、右面、上面鋼板上的進水口外側上均通過法蘭頂板設有注水管道，注水管道通過進水口與三維加載 框內的加壓液囊內連接，法蘭頂板與三維加載框之間設有膠皮墊片，注水管(利用注水管道依次與減壓閥、 閥門和手動加壓泵連接；