微裂隙三轴应力渗流注浆试验系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种微裂隙三轴应力渗流注浆试验系统及其使用方法，属于机械领域。其解决了现有技术中试验系统存在的难以直接观测微米级裂隙的动态变化过程，导致微裂隙的整个渗流过程无法实时监测等技术缺陷。该试验系统包括微裂隙三轴应力渗流注浆实验平台、渗流注浆注入系统、排液泵、一号轴压进液泵、围压油泵和二号轴压进液泵，微裂隙三轴应力渗流注浆实验平台包括微裂隙三轴应力渗流注浆实验密封装置、微裂隙三轴应力渗流注浆实验支撑平台和拉动工程油缸，在微裂隙三轴应力渗流注浆实验密封装置左端设置光栅光纤传感器接线柱，右端设置声发射传感器接线柱。本发明专利技术试验系统可实现在高轴压高围压条件下对试样渗流注浆过程的动态实时监测。

Three axial stress seepage grouting test system for micro cracks and its application method

The invention discloses a triaxial stress seepage grouting test system for micro cracks and its application method, belonging to the mechanical field. The method solves the technical defect that the test system in the prior art is difficult to observe the dynamic change process of micro-crack directly, and the whole seepage process of micro-crack can not be monitored in real time. The test system includes micro-fracture triaxial stress seepage grouting experimental platform, seepage grouting injection system, drainage pump, No.1 axial pressure feed pump, confining pressure oil pump and No.2 axial pressure feed pump, micro-fracture triaxial stress seepage grouting experimental platform including micro-fracture triaxial stress seepage grouting experimental sealing device, micro-fracture triaxial stress grouting experimental sealing device The support platform of seepage grouting experiment and the pulling engineering oil cylinder are set up. A grating fiber optic sensor terminal is set at the left end of the micro-crack triaxial stress seepage grouting experiment sealing device, and an acoustic emission sensor terminal is set at the right end. The test system of the invention can realize the dynamic real-time monitoring of the seepage grouting process of the sample under the condition of high axial pressure and high confining pressure.

【技术实现步骤摘要】
微裂隙三轴应力渗流注浆试验系统及其使用方法
本专利技术属于机械领域，具体涉及一种微裂隙三轴应力渗流注浆实验系统及其使用方法。
技术介绍
地下工程、水利工程建设过程中存在大量的水，高压水往往无法有效控制，进而引发自然灾害。通过传统注浆，可以将较大开度裂隙有效封堵，但仍有部分微裂隙以大面积均匀汗渗形式出水。取样电镜分析表明，该砂岩渗水通道属开度为0.03-0.1mm的微裂隙。为了更好地治理工程中因微裂隙水而引发的灾害，必须对微裂隙的渗流规律进行研究。获取微裂隙在不同三轴应力条件下，裂隙表面沿渗流路径的应力及应变，并对整个渗流过程进行实时动态监测，对通过注浆堵水手段封堵微裂隙技术的实现具有理论价值与指导意义。微裂隙的渗流机理通过试验方法难以实现，其根本原因在于：微裂隙开度非常微小，传统的监测装置无法满足其精度要求。核磁共振、CT扫描等大型先进检测设备也很难直接观测微米级裂隙的动态变化过程，导致微裂隙的整个渗流过程无法实时监测；并且微裂隙在高压条件下渗流对设备要求较高，达到既保证能稳定渗流，又使得装置密闭不漏水的目标存在很大的挑战。为解决上述问题，研制一种在三轴高应力条件下，微裂隙渗流过程中可实时动态监测微裂隙表面的应力、应变变化规律的试验系统是十分必要的。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的技术缺陷，本专利技术提出了一种微裂隙三轴应力渗流注浆试验系统及其使用方法，其为进一步研究微裂隙渗流机理和微裂隙注浆堵水技术奠定了基础。本专利技术的任务之一在于提供一种微裂隙三轴应力渗流注浆试验系统，该试验系统可实现在高轴压高围压条件下对试样渗流注浆过程的动态实时监测。其技术解决方案包括：一种微裂隙三轴应力渗流注浆试验系统，其包括微裂隙三轴应力渗流注浆实验平台、渗流注浆注入系统、排液泵、一号轴压进液泵、围压油泵和二号轴压进液泵，其特征在于：所述渗流注浆注入系统、排液泵、一号轴压进液泵、围压油泵、二号轴压进液泵均与所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验平台连接；所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验平台包括微裂隙三轴应力渗流注浆实验密封装置、微裂隙三轴应力渗流注浆实验支撑平台和拉动工程油缸；微裂隙三轴应力渗流注浆实验密封装置由压力室筒、实验试样、试样密封套、端面加载活塞、轴压密封油缸、轴压密封油缸盖、拉动工程油缸盖板、排气阀、围压进油控制阀和围压出油控制阀组成，其中，所述端面加载活塞与所述轴压密封油缸均嵌设在所述压力室筒内，所述轴压密封油缸盖嵌入所述端面加载活塞与所述轴压密封油缸之间的空腔，所述轴压密封油缸盖外侧放置所述拉动工程油缸盖板，所述排气阀位于所述压力室筒上部中间位置，所述围压进油控制阀和所述围压出油控制阀位于所述压力室筒下部中间位置；所述实验试样配设有试样密封套，所述实验试样与所述端面加载活塞之间还设置有一层试样端面密封垫；所述轴压密封油缸、端面加载活塞和轴压密封油缸盖之间形成的空腔为轴向液压油腔体；在所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验密封装置左端设置有两个光栅光纤传感器接线柱，并配套设有两个光栅光纤传感器通讯通道；在所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验密封装置右端设置两个声发射传感器接线柱，并配套设有两个声发射传感器通讯通道；所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验支撑平台包括微裂隙三轴应力渗流注浆实验支撑架、拉动工程油缸支撑架、压力室移动直线导轨、端面加载活塞移动导轨、端面加载活塞导向滑动装置和压力室筒导向滑动装置，拉动工程油缸支撑架固定在所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验支撑架上，所述端面加载活塞移动导轨中设置有导轨限位螺母和导轨端部固定槽体，所述导轨端部固定槽体固定在所述端面加载活塞移动导轨上，所述压力室筒导向滑动装置上部与所述压力室筒连接，下部嵌在所述压力室移动直线导轨上，并可在所述压力室移动直线导轨上前后滑动；所述端面加载活塞导向滑动装置上部与所述压力室筒连接，下部嵌在所述端面加载活塞移动导轨上，并可在所述端面加载活塞移动导轨上左右滑动；所述渗流注浆注入系统包括注浆泵、注水泵和流体转换器。上述方案直接带来的有益技术效果为：上述微裂隙三轴应力渗流注浆试验系统可实现在高轴压高围压条件下对试样渗流注浆过程的动态实时监测。在不同三轴应力条件下，通过渗流注浆注入系统和排液泵可实现渗流过程中流体的正向和反向同时加载，维持了裂隙渗流通道内的压力，可实现稳定渗流，具备模拟深部复杂岩石力学环境的条件。实验过程中，通过光纤光栅传感器对整个渗流路径应变的实施动态监测，同时校正数据，消除温度对结果的影响，可有效提取渗流过程中裂隙表面的应变值。结合裂隙试样的三轴应力应变曲线，可有效获得渗流过程中裂隙表面的应力值。通过声发射传感器可对整个试验过程中裂隙是否扩展进行监测，保证了裂隙的变形是处于完全弹性范围内，是可恢复的。整个试验系统设计具有针对性与可靠性，使用方法科学、明确，为模拟深部复杂围岩环境下微裂隙高压水渗流及注浆提供了解决方案，对探究微裂隙渗流机理及通过注浆手段封堵微裂隙技术的实现具有指导意义。作为本专利技术的一个优选方案，上述一号轴压进液泵、围压油泵、二号轴压进液泵均为伺服液压加载，所能加载的最大压力为80MPa。作为本专利技术的另一个优选方案，上述试样密封套配设有试样密封套支架，试样密封套与试样密封套支架通过强力胶紧密连接。进一步的，上述试样密封套支架中分别设置有试样密封套支架垂直通道、试样密封套支架水平通道，两个通道均为圆柱体构造。优选的，上述流体转换器上部设置渗流注浆注入系统出液控制阀，通过流体进液管与上述微裂隙三轴应力渗流注浆实验平台连接；上述流体转换器下部设置注浆泵出液控制阀和注水泵出水控制阀，二者分别与注浆泵、注水泵连接。优选的，上述压力室筒内外表面均为长方体构造；上述轴压密封油缸外侧为长方体构造，内侧为圆柱体构造；上述端面加载活塞外侧为圆柱体构造；上述轴压密封油缸盖内侧为圆柱体构造，外侧为长方体构造；上述拉动工程油缸盖板内侧外侧均为圆柱体构造。优选的，上述光栅光纤传感器接线柱承受最大压力为60MPa，上述光栅光纤传感器通讯通道为圆柱形；上述声发射传感器接线柱承受最大压力为60MPa，上述声发射传感器通讯通道为圆柱形。优选的，上述注浆泵、注水泵容量均为10L，加载方式均为伺服液压加载，所能加载的最大压力为60MPa。本专利技术的另一任务在于提供一种微裂隙三轴应力渗流注浆试验系统的使用方法，依次包括以下步骤：a、准备并安装微裂隙三轴应力渗流注浆实验平台，并连接所述试验系统的各部分，分为以下子步骤：a1、准备渗流注浆注入系统；a2、安装监测传感器，在实验试样裂隙表面，粘贴光纤光栅传感器，布置监测点，然后在该实验试样上下表面打孔并安装声发射传感器；a3、将安装有声发射传感器的实验试样放入所述压力室筒内，所述光纤光栅传感器连接的线缆依次穿过所述密封垫、所述光栅光纤传感器通道，与所述光栅光纤传感器接线柱熔接，所述声发射传感器依次穿过所述密封垫、所述声发射传感器通讯通道，与声发射传感器接线柱熔接；在实验试样两侧放置试样端面密封垫，放置所述轴压密封油缸并固定；然后依次放置所述端面加载活塞、轴压密封油缸盖和拉动工程油缸盖板；a4、将安装好的微裂隙三轴应力渗流注浆实验平台分别与渗流注浆注入系统、排液泵、一号轴压进液泵、围压油泵、二号轴压进液泵连接；b、进行加载，首先进行轴压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微裂隙三轴应力渗流注浆试验系统，其包括微裂隙三轴应力渗流注浆实验平台、渗流注浆注入系统、排液泵、一号轴压进液泵、围压油泵和二号轴压进液泵，其特征在于：所述渗流注浆注入系统、排液泵、一号轴压进液泵、围压油泵、二号轴压进液泵均与所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验平台连接；所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验平台包括微裂隙三轴应力渗流注浆实验密封装置、微裂隙三轴应力渗流注浆实验支撑平台和拉动工程油缸；微裂隙三轴应力渗流注浆实验密封装置由压力室筒、实验试样、试样密封套、端面加载活塞、轴压密封油缸、轴压密封油缸盖、拉动工程油缸盖板、排气阀、围压进油控制阀和围压出油控制阀组成，其中，所述端面加载活塞与所述轴压密封油缸均嵌设在所述压力室筒内，所述轴压密封油缸盖嵌入所述端面加载活塞与所述轴压密封油缸之间的空腔，所述轴压密封油缸盖外侧放置所述拉动工程油缸盖板，所述排气阀位于所述压力室筒上部中间位置，所述围压进油控制阀和所述围压出油控制阀位于所述压力室筒下部中间位置；所述实验试样配设有试样密封套，所述实验试样与所述端面加载活塞之间还设置有一层试样端面密封垫；所述轴压密封油缸、端面加载活塞和轴压密封油缸盖之间形成的空腔为轴向液压油腔体；在所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验密封装置左端设置有两个光栅光纤传感器接线柱，并配套设有两个光栅光纤传感器通讯通道；在所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验密封装置右端设置两个声发射传感器接线柱，并配套设有两个声发射传感器通讯通道；所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验支撑平台包括微裂隙三轴应力渗流注浆实验支撑架、拉动工程油缸支撑架、压力室移动直线导轨、端面加载活塞移动导轨、端面加载活塞导向滑动装置和压力室筒导向滑动装置，拉动工程油缸支撑架固定在所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验支撑架上，所述端面加载活塞移动导轨中设置有导轨限位螺母和导轨端部固定槽体，所述导轨端部固定槽体固定在所述端面加载活塞移动导轨上，所述压力室筒导向滑动装置上部与所述压力室筒连接，下部嵌在所述压力室移动直线导轨上，并可在所述压力室移动直线导轨上前后滑动；所述端面加载活塞导向滑动装置上部与所述压力室筒连接，下部嵌在所述端面加载活塞移动导轨上，并可在所述端面加载活塞移动导轨上左右滑动；所述渗流注浆注入系统包括注浆泵、注水泵和流体转换器。...

【技术特征摘要】
1.一种微裂隙三轴应力渗流注浆试验系统，其包括微裂隙三轴应力渗流注浆实验平台、渗流注浆注入系统、排液泵、一号轴压进液泵、围压油泵和二号轴压进液泵，其特征在于：所述渗流注浆注入系统、排液泵、一号轴压进液泵、围压油泵、二号轴压进液泵均与所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验平台连接；所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验平台包括微裂隙三轴应力渗流注浆实验密封装置、微裂隙三轴应力渗流注浆实验支撑平台和拉动工程油缸；微裂隙三轴应力渗流注浆实验密封装置由压力室筒、实验试样、试样密封套、端面加载活塞、轴压密封油缸、轴压密封油缸盖、拉动工程油缸盖板、排气阀、围压进油控制阀和围压出油控制阀组成，其中，所述端面加载活塞与所述轴压密封油缸均嵌设在所述压力室筒内，所述轴压密封油缸盖嵌入所述端面加载活塞与所述轴压密封油缸之间的空腔，所述轴压密封油缸盖外侧放置所述拉动工程油缸盖板，所述排气阀位于所述压力室筒上部中间位置，所述围压进油控制阀和所述围压出油控制阀位于所述压力室筒下部中间位置；所述实验试样配设有试样密封套，所述实验试样与所述端面加载活塞之间还设置有一层试样端面密封垫；所述轴压密封油缸、端面加载活塞和轴压密封油缸盖之间形成的空腔为轴向液压油腔体；在所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验密封装置左端设置有两个光栅光纤传感器接线柱，并配套设有两个光栅光纤传感器通讯通道；在所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验密封装置右端设置两个声发射传感器接线柱，并配套设有两个声发射传感器通讯通道；所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验支撑平台包括微裂隙三轴应力渗流注浆实验支撑架、拉动工程油缸支撑架、压力室移动直线导轨、端面加载活塞移动导轨、端面加载活塞导向滑动装置和压力室筒导向滑动装置，拉动工程油缸支撑架固定在所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验支撑架上，所述端面加载活塞移动导轨中设置有导轨限位螺母和导轨端部固定槽体，所述导轨端部固定槽体固定在所述端面加载活塞移动导轨上，所述压力室筒导向滑动装置上部与所述压力室筒连接，下部嵌在所述压力室移动直线导轨上，并可在所述压力室移动直线导轨上前后滑动；所述端面加载活塞导向滑动装置上部与所述压力室筒连接，下部嵌在所述端面加载活塞移动导轨上，并可在所述端面加载活塞移动导轨上左右滑动；所述渗流注浆注入系统包括注浆泵、注水泵和流体转换器。2.根据权利要求1所述的一种微裂隙三轴应力渗流注浆试验系统，其特征在于：所述一号轴压进液泵、围压油泵、二号轴压进液泵均为伺服液压加载，所能加载的最大压力为80MPa。3.根据权利要求1所述的一种微裂隙三轴应力渗流注浆试验系统，其特征在于：所述试样密封套配设有试样密封套支架，所述试样密封套与所述试样密封套支架通过强力胶紧密连接。4.根据权利要求3所述的一种微裂隙三轴应力渗流注浆试验系统，其特征在于：所述试样密封套支架中分别设置有试样密封套支架垂直通道、试样密封套支架水平通道，两个通道均为圆柱体构造。5.根据权利要求1所述的一种微裂隙三轴应力渗流注浆试验系统，其特征在于：所述流体转换器上部设置渗流注浆注入系统出液控制阀，通过流体进液管与所述微裂隙三轴应力渗流注浆实验平台连接；所述流体转换器下部设置注浆泵出液...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔卫国，宋伟杰，常璐媛，杨旭旭，李彦志，张帅，宋雪梅，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37