一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法与装置，具体来说是提供一种针对φ50mm×100mm的标准岩石试件进行单轴或三轴物理力学性能测试获得原始岩石试件力学性能和真实破坏裂纹，然后对含有真实裂纹的岩石试件进行注浆加固，待浆液完全固化稳定后对其进行力学能测试的试验方法，并公开了相应试验测试装置，涉及到矿产能源及岩石力学工程试验测试技术领域。该发明专利技术产品主要涉及对含有真实裂纹岩石试件准备、注浆加固并开展其力学性能试验测试等方法和可用于该方法的主要测试装置。

【技术实现步骤摘要】
一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法与装置
本专利技术涉及矿产能源及岩石力学工程试验测试
，更具体的说是涉及一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法与装置。
技术介绍
岩体工程实践中普遍存在较多的破碎岩体承载状态，特别是深部矿井开采过程中遇见的破碎软岩巷道、硐室或工作面围岩，通常不能满足工程实际需要。注浆加固法是破碎岩体强度加固和工程围岩控制的重要手段之一。不同的注浆参数和工艺过程均将极大地改变注浆加固体的界面特征与力学性能，进而影响注浆破碎岩体的综合力学性能和工程岩体稳定性。因此，设计并研发符合真实工程破碎岩体条件的注浆加固试验装置，用以研究不同注浆参数对注浆体试件的力学特性与失稳模式，对于优化注浆材料参数和工艺流程，探索破碎岩体注浆体加固机理，进而推动破碎注浆岩体工程应用具有重要意义。破碎软岩注浆加固是一个涉及材料科学、应用地质、岩石力学、工程活动等诸多因素的复杂非线性难题。目前，很多专家学者都从理论分析、室内试验测试、数值模拟等方面开展大量研究工作，结果表明试验测试是研究破碎岩体注浆加固主要影响因素，揭示加固机理的最有效的技术手段。然而，试验研究过程中对于注浆加固试件的处理上存在明显不足之处：其一，采用通用的建筑用碎石、石子等材料通过各种浆液进行人工预制试件进行测试分析，该类方法只能模拟含随机多裂纹体的类岩石材料试件的性能测试(CN201110401994.4)，不能准确描述工程岩体自身存在的节理裂隙等不足，存在测试对象与实际工程破碎岩体不符等问题；其二，研究裂隙、孔洞等弱面对注浆加固效果的影响过程中，采用钻孔、线切割或其他人为预制裂缝的方式(CN201710116338.7和CN201710116338.7)进行，无法反映岩石试件本身的强度薄弱位置，致使注浆加固试验不能准确地模拟岩石受力破碎造成的真实节理弱面特征的影响对注浆加固效果的影响。因此，研发一种符合工程破碎岩体真实裂纹条件的注浆加固试验方法和相应装置，用以研究不同注浆参数对注浆体试件的力学特性与破坏模式，评价分析注浆加固效果，揭示破碎岩体注浆加固机理，进而优化注浆材料参数和工艺流程，对推动破碎注浆岩体工程应用具有重要理论意义和工程应用价值。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法与装置，旨在解决上述技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法，包括以下步骤：S1、制作标准尺寸的岩石试件，利用刚性岩石力学试验机对所述岩石试件进行单轴或三轴力学性能测试；S2、对S1测试后所述岩石试件的破坏形态进行描述分析和测试结果的计算处理；S3、基于S2中的含真实裂纹的所述岩石试件，进行注浆加固处理；S4、针对S3获得的注浆加固试件，再次重复S1的操作程序；S5、针对S4测试后的所述注浆加固试件，再次重复S2的操作程序；S6、对比分析S2和S5中的力学性能及破坏裂纹特征，获得注浆加固性能，进而分析浆液特性、裂纹分布情况及裂纹表面特征对所述岩石试件注浆加固性能的影响，进而揭示破碎岩石试件注浆加固机理。通过上述技术方案，本专利技术试验测试方法的主要思路是使用刚性岩石力学实验系统对标准的岩石试件进行单轴或三轴物理力学性能测试获得原始试件的力学性能及真实破坏裂纹的岩石试件，描述岩石破坏特征和真实裂纹网络分布及表面属性特征，试验测试结果能够真实反映工程岩体中的强度薄弱位置，形成符合工程实际的裂纹网络分布和裂纹表面属性特征，基于此进行注浆加固性能模拟与分析，可以准确地模拟岩石受力破碎造成的真实节理弱面特征的影响对注浆加固效果的影响，探析注浆加固机理，优选注浆加工工程技术参数。优选的，在上述一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法中，在步骤S1中，岩石试件按照国家规范GB23561的相关要求加工获得，且为圆柱体结构，尺寸为φ50mm×100mm。优选的，在上述一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法中，在步骤S2中，所述破坏形态包括测试后岩石试件的破坏形态、裂纹网络分布情况、裂纹表面属性特征；所述测试结果包括试验测试的应力-应变全过程曲线、抗压强度、弹性模量和泊松比等主要力学性能参数。优选的，在上述一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法中，在步骤S3中，所述注浆加固处理的步骤包括浆液组分称量、搅拌预制、注浆加固，达到预定注浆压力静置后固化稳定。本专利技术还提供了一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置，用于对上述的含真实裂纹的岩石试件进行注浆加固处理，包括注浆加固单元、柱塞式高压注入单元和高压软管；所述注浆加固单元包括承压模具和模具上盖；所述承压模具由顶面向下开设有多个等规格的承压腔室；多个所述承压腔室底部通过进浆管依次串联，所述进浆管的一端端头穿出所述承压模具侧壁形成进浆口，所述进浆口上安装有第一控制阀；多个所述承压腔室顶部通过排气管依次串联，所述排气管一端穿出所述承压模具侧壁形成排气口，所述排气口上安装有第二控制阀，所述排气管另一端穿出所述承压模具侧壁安装有第一数显压力表；所述模具上盖密封扣合在所述承压模具的顶面；所述柱塞式高压注入单元用于为所述承压腔室提供高压浆液；所述高压软管一端与所述进浆口连接，另一端与所述柱塞式高压注入单元连接。通过上述技术方案，本专利技术提供的装置可针对不同工程岩石试件，开展真实裂纹条件下的注浆加固效果实验分析，探析注浆加固机理，优选注浆加工工程技术参数。优选的，在上述一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置中，所述柱塞式高压注入单元包括高压缸、缸盖、活塞、高压管、第三控制阀和第二数显压力表；所述高压缸顶部开口；所述缸盖扣合在所述高压缸的顶部开口处，且中部开设有活塞通过孔；所述活塞穿过所述活塞通过孔，且底端与所述高压缸内腔密封滑动连接；所述高压管一端与所述高压缸的内腔底部连通，另一端与所述高压软管连接；所述第三控制阀安装在所述高压管上；所述第二数显压力表安装在所述高压管上。与以往的注浆压力泵相比，本专利技术提供的柱塞式高压注入单元具有不带动力源、结构简单、压力稳定、控制准确、使用与冲洗方便等特点，可以有效克服以往产品中使用注浆泵带来的结构复杂、输出压力不稳、损耗浆液多、冲洗不便等缺陷与不足。优选的，在上述一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置中，所述承压腔室的数量为3个，且呈一字型依次等间距布置；所述承压腔室为上宽下窄的圆台腔室；所述承压腔室的上端面直径为70mm，下端面直径为60mm。一次性注浆加固3个一组试件，确保注浆条件相同时一组试件加固相关的可对比性。圆台腔室的结构设计为便于试件在注浆后能够顺利取出。优选的，在上述一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置中，所述承压模具的顶面边沿内嵌有密封圈。提高密封效果。优选的，在上述一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置中，所述承压模具的底面安装有底座。提高结构稳定性。优选的，在上述一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置中，所述注浆加固单元还包括试件顶出机构；所述试件顶出机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、制作标准尺寸的岩石试件，利用刚性岩石力学试验机对所述岩石试件进行单轴或三轴力学性能测试；/nS2、对S1测试后所述岩石试件的破坏形态进行描述分析和测试结果的计算处理；/nS3、基于S2中的含真实裂纹的所述岩石试件，进行注浆加固处理；/nS4、针对S3获得的注浆加固试件，再次重复S1的操作程序；/nS5、针对S4测试后的所述注浆加固试件，再次重复S2的操作程序；/nS6、对比分析S2和S5中的力学性能及破坏裂纹特征，获得注浆加固性能，进而分析浆液特性、裂纹分布情况及裂纹表面特征对所述岩石试件注浆加固性能的影响，进而揭示破碎岩石试件注浆加固机理。/n

【技术特征摘要】
1.一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制作标准尺寸的岩石试件，利用刚性岩石力学试验机对所述岩石试件进行单轴或三轴力学性能测试；
S2、对S1测试后所述岩石试件的破坏形态进行描述分析和测试结果的计算处理；
S3、基于S2中的含真实裂纹的所述岩石试件，进行注浆加固处理；
S4、针对S3获得的注浆加固试件，再次重复S1的操作程序；
S5、针对S4测试后的所述注浆加固试件，再次重复S2的操作程序；
S6、对比分析S2和S5中的力学性能及破坏裂纹特征，获得注浆加固性能，进而分析浆液特性、裂纹分布情况及裂纹表面特征对所述岩石试件注浆加固性能的影响，进而揭示破碎岩石试件注浆加固机理。


2.根据权利要求1所述的一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法，其特征在于，在步骤S1中，岩石试件按照国家规范GB23561的相关要求加工获得，且为圆柱体结构，尺寸为φ50mm×100mm。


3.根据权利要求1所述的一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法，其特征在于，在步骤S2中，所述破坏形态包括测试后所述岩石试件的破坏形态、裂纹网络分布情况、裂纹表面属性特征；所述测试结果包括试验测试的应力-应变全过程曲线、抗压强度、弹性模量和泊松比。


4.根据权利要求1所述的一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法，其特征在于，在步骤S3中，所述注浆加固处理的步骤包括浆液组分称量、搅拌预制、注浆加固，达到预定注浆压力静置后固化稳定。


5.一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置，其特征在于，用于对权利要求1-4中任一项所述的含真实裂纹的岩石试件进行注浆加固处理，包括注浆加固单元(1)、柱塞式高压注入单元(2)和高压软管(3)；
所述注浆加固单元(1)包括承压模具(11)和模具上盖(12)；所述承压模具(11)由顶面向下开设有多个等规格的承压腔室(111)；多个所述承压腔室(111)底部通过进浆管(13)依次串联，所述进浆管(13)的一端端头穿出所述承压模具侧壁形成进浆口(131)，所述进浆口(131)上安装有第一控制阀(14)；多个所述承压腔室(111)顶部通过排气管(15)依次串联，所述排气管(15)一端穿出所述承压模具(11)侧壁形...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘钦节，杨科，付强，吴犇牛，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34