【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种岩层裂隙设计方法、裂隙模型及动水注浆试验装置，属于岩体注浆修复试验技术。
技术介绍
1、随着科学技术的进步与社会的发展，我国的道路、水利、桥梁、隧道等基础设施的建设已经达到了比较完善的水准，但受到各种自然灾害，使用寿命等诸多因素的影响，越来越多的基础设施出现了大量病害。同时，由于我国地质构造较为复杂，矿井、隧道等地下工程发生突水涌水的风险也较高。对这些病害进行修复是目前亟待研究的重要课题。
2、注浆技术适用范围广并且可以实现非开挖修复，在基础设施病害修复中有着不可替代的地位，目前已经广泛应用到隧道、公路、堤坝等各个工程领域，主要用于封堵渗漏、补强加固等。岩层裂隙网络是实施注浆修复的重要介质环境，由于浆液在注入到被注介质后的扩散运移情况非常复杂并且难以观察，因此研究浆液在裂隙网络中的运移机制具有非常重要的意义与价值。
3、现阶段的网络裂隙注浆修复封堵与加固存在的技术难题有：
4、(1)注浆位置隐蔽性强，浆液的扩散运移难以观察；(2)隧道开挖与长期渗透压综合作用下的富水网络裂隙岩层失稳破坏机理复杂，灾变难以预警与防控；(3)风险性高，富水裂隙网络长期处于地下水渗流以及地下水离子侵蚀作用下，岩体性质劣化严重，在施工扰动作用下发生灾变的风险较高；(4)针对动水作用下岩体裂隙网络自膨胀高聚物注浆修复这一技术难题所做的模型试验中，也存在不能准确模拟岩体裂隙网络真实强度，动水环境的困难。
5、目前的研究多集中于水平网络裂隙的水泥浆注浆试验，对浆液在动水条件下倾斜网络裂隙中的扩散
6、现阶段对于水平网络裂隙的水泥浆注浆试验存在的不足之处有：(1)一般模型试验采用的是单一平板裂隙模型，只能模拟局部的平面裂隙注浆情况，与真实的裂隙相差较大；(2)一般模型试验未考虑裂隙开度以及裂隙粗糙度的影响；(3)一般模型试验不能模拟网络裂隙动水条件下的自膨胀高聚物的扩散堵水效果；(4)一般模型试验没有考虑到倾斜角度对网络裂隙注浆修复的影响。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：针对现有对岩体裂隙高聚物注浆修复模型不能真实模拟岩层环境的问题，提供一种岩层裂隙设计方法、裂隙模型及动水注浆试验装置。
2、本专利技术采用如下技术方案实现：
3、本专利技术首先公开了一种岩层裂隙设计方法，包括如下步骤：
4、s1、使用以下高斯随机函数生成一系列随机数，
5、
6、其中，fx是随机变量x的概率密度函数，μ是分布的中心位置，表示分布的均值，σ是分布的标准差，表示分布的离散程度；
7、s2、将s1获得的随机数通过下式累积求和的方式获得曲线形状，
8、
9、其中，n为构成曲线的点的数量，γ表示服从正态分布的随机数，该曲线形状即为设计的岩层裂隙边缘轮廓形状；
10、s3、计算曲线下凸包lowerhull和曲线上凸包upperhull之间的距离差异，得到每个第一线段的长度，通过下式将所有第一线段长度累积相加得到曲线的凸包长度convexhulllength，
11、
12、m为第一线段的数量；
13、再计算曲线上相邻点之间的距离差异，得到每个第二线段的长度，通过下式将所有第二线段长度累积相加得到曲线长度curvelength，
14、
15、curvei、curvei-1为曲线上相邻两点，k为第二线段的数量；
16、s4、通过下式计算获得设计岩层裂隙和粗糙度系数jrc的模拟值，
17、
18、在本专利技术的岩层裂隙设计方法中，进一步的，所述步骤s4获得jrc模拟值后，将其通过下式进行线性映射到0-20的范围内，
19、jrcscaled＝jrc·(jrcmax-jrcmin)+jrcmin，
20、jrcscaled表示缩放后的jrc值，它是根据jrc值进行缩放后得到的结果，jrcmax表示jrc值的最大值的上限，jrcmin表示jrc值的最小值的下限。
21、本专利技术还公开了一种岩层裂隙模型，所述模型上设有模拟岩层的裂隙，所述裂隙边缘轮廓采用上述岩层裂隙设计方法获得。
22、本专利技术还公开了一种动水注浆试验装置，包括：
23、可调网络裂隙模拟系统1，其上固定设置本专利技术上述的岩层裂隙模型101，岩层裂隙模型101上的裂隙设有进水端、注浆端以及若干传感部件110，所述传感部件110包括但不限于压力传感器、流量传感器；
24、动水系统2，包括水泵，所述水泵将水源和岩层裂隙模型101的进水端连接，模拟岩层动水环境；
25、注浆系统3，包括与岩层裂隙模型101的注浆端连接的注浆料筒，模拟岩层裂隙注浆过程；
26、数据处理系统4，与岩层裂隙模型101上的传感部件110通信连接，接收岩层裂隙模型在注浆过程中的试验参数。
27、在本专利技术的动水注浆试验装置中，进一步的，所述可调网络裂隙模拟系统还包括倾角调节机构103，所述岩层裂隙模型101固定在倾角调节机构103上，可调整岩层裂隙的倾斜角度进行试验。
28、在本专利技术的动水注浆试验装置中，进一步的，所述倾角调节机构103包固定座和翻转平台，所述岩层裂隙模型101固定在翻转平台上，所述翻转平台通过转轴转动装配在固定座上，并与伺服控制电机传动连接，驱动翻转平台和岩层裂隙模型101转动调整倾斜角度。伺服控制电机通过传动机构与翻转平台连接，通过调节倾角计算机105可以精确控制岩层裂隙模型的倾斜角度，实现岩层裂隙在不同倾斜角度下的动水注浆试验。
29、在本专利技术的动水注浆试验装置中，进一步的，所述岩层裂隙模型101为设有裂隙网络1011的平板结构，所述裂隙网络1011位于平板的一侧表面，其上固定覆盖设置透明的上部盖板102，将裂隙网络1011形成封闭流道，所述上部盖板102上方还架设有高清摄像机111，观察记录注浆过程中浆液在岩层裂隙中的流动情况。
30、在本专利技术的动水注浆试验装置中，进一步的，所述裂隙网络1011两端的岩层裂隙模型101上设有导水槽1012，一端导水槽对接进水管106作为岩层裂隙模型101的进水端，另一端导水槽对接出水管107作为岩层裂隙模型101的出水端，所述裂隙网络1011中的裂隙相互连通且至少存在一条贯通流道将岩层裂隙模型两端导水槽连通，保证从进水端进入裂隙的水流能够充满整个裂隙网络，充分模拟岩层内动水环境，也保证从注浆端进入裂隙的浆液能够充满整个裂隙网络，充分模拟注浆修复岩层的过程。
31、在本专利技术的动水注浆试验装置中，进一步的，所述动水系统2采用恒压水泵22，所述恒压水泵22的水泵进水管224连接水箱21，水泵出水管223连接至岩层裂隙模型的进水端，其上设有压力表221与恒压控制器222反馈连接，实现动水系统按照恒定压力向岩层裂隙模型的裂隙网络注水形成动水环境。
32、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.岩层裂隙设计方法，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的岩层裂隙设计方法，所述步骤S4获得JRC模拟值后，将其通过下式进行线性映射到0-20的范围内，
3.岩层裂隙模型，其特征在于：所述模型上设有模拟岩层的裂隙，所述裂隙边缘轮廓采用权利要求1或2中方法设计获得。
4.动水注浆试验装置，其特征在于包括：
5.根据权利要求4所述的动水注浆试验装置，所述可调网络裂隙模拟系统还包括倾角调节机构(103)，所述岩层裂隙模型(101)固定在倾角调节机构(103)上。
6.根据权利要求5所述的动水注浆试验装置，所述倾角调节机构(103)包固定座和翻转平台，所述岩层裂隙模型(101)固定在翻转平台上，所述翻转平台通过转轴转动装配在固定座上，并与伺服控制电机传动连接，驱动翻转平台和岩层裂隙模型(101)转动调整倾斜角度。
7.根据权利要求4所述的动水注浆试验装置，所述岩层裂隙模型(101)为设有裂隙网络(1011)的平板结构，所述裂隙网络(1011)位于平板的一侧表面，其上固定覆盖设置透明的上部盖板(102)，
8.根据权利要求7所述的动水注浆试验装置，所述裂隙网络(1011)两端的岩层裂隙模型(101)上设有导水槽(1012)，一端导水槽对接进水管(106)作为岩层裂隙模型(101)的进水端，另一端导水槽对接出水管(107)作为岩层裂隙模型(101)的出水端，所述裂隙网络(1011)中的裂隙相互连通且至少存在一条贯通流道将岩层裂隙模型两端导水槽连通。
9.根据权利要求4所述的动水注浆试验装置，所述动水系统(2)采用恒压水泵(22)，所述恒压水泵(22)的水泵进水管(224)连接水箱(21)，水泵出水管(223)连接至岩层裂隙模型的进水端，其上设有压力表(221)与恒压控制器(222)反馈连接。
10.根据权利要求4所述的动水注浆试验装置，所述注浆系统(3)采用双组分浆液注浆修复，包括并联设置的第一注浆料筒(302)和第二注浆料筒(303)，所述第一注浆料筒(302)和第二注浆料筒(303)的注浆泵与空压机(301)连接，注浆出口并联连接至浆液混合器(304)，所述浆液混合器(304)连接至岩层裂隙模型的注浆端。
...【技术特征摘要】
1.岩层裂隙设计方法，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的岩层裂隙设计方法，所述步骤s4获得jrc模拟值后，将其通过下式进行线性映射到0-20的范围内，
3.岩层裂隙模型，其特征在于：所述模型上设有模拟岩层的裂隙，所述裂隙边缘轮廓采用权利要求1或2中方法设计获得。
4.动水注浆试验装置，其特征在于包括：
5.根据权利要求4所述的动水注浆试验装置，所述可调网络裂隙模拟系统还包括倾角调节机构(103)，所述岩层裂隙模型(101)固定在倾角调节机构(103)上。
6.根据权利要求5所述的动水注浆试验装置，所述倾角调节机构(103)包固定座和翻转平台，所述岩层裂隙模型(101)固定在翻转平台上，所述翻转平台通过转轴转动装配在固定座上，并与伺服控制电机传动连接，驱动翻转平台和岩层裂隙模型(101)转动调整倾斜角度。
7.根据权利要求4所述的动水注浆试验装置，所述岩层裂隙模型(101)为设有裂隙网络(1011)的平板结构，所述裂隙网络(1011)位于平板的一侧表面，其上固定覆盖设置透明的上部盖板(102)，将裂隙网络(1011)形成封闭流道，所述上部盖板(...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜雪明，李子龙，方宏远，薛冰寒，赵小华，狄丹阳，李斌，王念念，翟科杰，孙明明，杜明瑞，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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