[發明專利]一種考慮巖石裂隙生物加固-滲流-溫度耦合作用的可視化試驗系統與方法

在審

• 申請號: 202210917554.2
• 申請日: 2022-08-01
• 公開（公告）號: CN115370419A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 馮國輝;徐長節;李雨杰;張恒志;鄭茗旺;楊開放;孫志浩;遲民良
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;E21F17/00;E21D11/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開了一種考慮巖石裂隙生物加固?滲流?溫度耦合作用的可視化試驗系統與方法，所述系統包括存儲漿液組件、動態監測組件、可拆卸滲流組件、溫度調控組件和可視化組件；本發明采用MICP漿液依次通過注漿泵及注漿管道，實現MICP灌漿加固巖體縫隙；同時，過多的MICP灌漿液可回流到MICP儲存容器進行回收利用。此外MICP漿液粘性小，低壓力下加固擴散范圍更廣，對巖體裂隙加固效果更好。本發明能在微生物加固巖體縫隙后考慮不同溫度下巖體滲流的可視化觀測，能真實完整全過程觀測巖體結構面的滲流過程，并精確刻畫巖體結構面滲流狀態。采用壓力傳感器將加固裂隙數據實時反饋到計算機，計算機根據反饋數據調整MICP灌漿速度和壓力，從而做到經濟效益的最大化。

技術領域

本發明涉及一種考慮巖石裂隙生物加固-滲流-溫度耦合作用下的特性研究系統與方法，屬于巖土工程與環境工程領域，尤其涉及一種考慮巖石裂隙生物加固-滲流-溫度下耦合作用的可視化試驗系統與方法，不僅可在無擾動條件下進行巖石裂隙生態修復，還基于高速相機實時捕捉溫度作用下巖石裂隙滲流狀態時空演化。

背景技術

巖體內部存在不同發育程度的裂隙，這是引起巖體滲透的重要原因，一直受到巖土工程眾多專家學者的關注，這些裂隙易造成油氣滲漏、地層滑坡、水分入滲等一系列工程地質問題。因此，首先需要厘清巖石裂隙滲流基本特性。這對于二氧化碳地質封存、道路修復、邊坡治理、礦山開采及隧道注漿加固意義重大。尤其對于地下油氣開發與封存產業，在工業化和城鎮化的高速發展必然帶來巨大的碳減排壓力，未來中國減碳措施將更多依賴于地質儲碳等碳封存技術。地質儲碳中難點技術在于巖體裂縫的張開導致二氧化碳再次排向自然界，因此，需要尋求合適的方式進行裂隙封堵。常采用水泥灌漿材料封堵裂隙封堵巖體裂隙，但水泥漿材粘度大，二氧化碳封存深度一般在千米級別以下深度地層，因此需要高壓灌漿，但高壓灌漿易造成土體劈裂與二次損害。水泥漿材易造成強堿性環境，對生態環境影響較大。因此需要采用一種新型裂隙加固方式以滿足碳封存要求。

作為一種新型加固技術，MICP灌漿加固技術發展迅猛。其中基于尿素水解反應的MICP反應被廣泛關注。通過向巖體裂縫中灌注細菌懸浮液以及膠結液 (尿素和CaCl₂溶液)，細菌分泌的脲酶將尿素水解為銨根離子和碳酸根離子，結合孔隙中的鈣離子生成碳酸鈣，從而達到加固裂縫的目的，能夠充分減小巖體滲透性以及孔隙率。此外，MICP灌漿技術由于對周邊環境無擾動，滲透性強，反應速率和膠結強度可調控、環境污染小、等優勢而被廣泛應用于地基處理、污水處理、文物修復、防風治沙、堤壩防滲等領域。

此外，二氧化碳儲存區域位于千米級別深度下地層，其溫度特性與地表差異顯著，因此，還需要考慮溫度作用對巖體裂隙滲流與MICP加固裂隙的影響。但目前尚未有考慮溫度作用下研究MICP加固巖體裂隙的試樣裝置與方法，且現有巖體滲流設備無法實時記錄裂隙水在巖體縫隙中的運移過程。此外，MICP加固范圍廣，巖體裂隙加固效率高，但現有設備無法獲取加固裂隙數據，通常采用恒定流量或者恒定壓力下的灌漿，并不經濟。

發明內容

本發明的目的在于提供一種考慮巖石裂隙生物加固-滲流-溫度耦合作用的可視化試驗系統與方法，該系統與方法特點是：操作簡單、裂縫加固效果佳，能夠完整刻畫微生物加固前后裂縫滲流特性，并且能夠模擬不同溫度下巖石裂縫滲流狀態。本發明通過在巖體里面灌入MICP溶液加固巖體裂縫，并通過高速相機實時觀測無機鹽溶液在加固前后巖體中的滲流特性，在此過程中，任一階段室內巖體溫度也可通過PC端實時調控；同時，注漿壓力可通過高精度壓力傳感器和磁式流量計采集并反饋給計算機，從而實時調控液體注漿的速度和壓力，可進一步提高注漿的效率和注漿量；本發明還能回收注漿液，從而獲得更高的經濟效益。

本發明采取以下技術方案：

一種考慮巖石裂隙生物加固-滲流-溫度耦合作用的可視化試驗系統，包括存儲漿液組件、可拆卸滲流組件、溫度調控組件、動態監測組件和可視化組件；

所述的存儲漿液組件，包括MICP漿液儲存容器和無機鹽溶液儲存容器，儲存容器內的MICP漿液和無機鹽溶液通過注漿導管和液體泵泵入可拆卸滲流組件中；