三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)及方法，上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭分別活動連接于支撐架的上、下、左、右、前和后的位置，上壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭中均開設(shè)有注漿流道，注漿流道裝配連接注漿單元，下壓頭中開設(shè)有注水流道，注水流道裝配連接注水單元，上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭的內(nèi)側(cè)均裝配連接有密封圈。本發(fā)明的有益效果為：對試件進行三向應(yīng)力和水壓滲流，實現(xiàn)模擬對巖體結(jié)構(gòu)面的三向應(yīng)力剪切?滲流的耦合；對破壞的試件注漿，以模擬對破碎巖體的注漿過程,注漿后繼續(xù)對試件進行加載直至試件破壞，以模擬注漿后巖體的破壞過程和獲得注漿后的巖體強度等屬性。
【專利說明】
三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及巖土工程試驗技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)構(gòu)面廣泛存在于巖體中，研究其力學(xué)特性具有十分重大的理論以及工程意義。碎裂巖體中結(jié)構(gòu)面的存在影響了巖體的穩(wěn)定性，威脅到工程安全，因此，研究巖體注漿加固之后結(jié)構(gòu)面的力學(xué)特性，揭示注漿加固實質(zhì)與作用機理意義重大。國內(nèi)外許多學(xué)者對巖體結(jié)構(gòu)面剪切應(yīng)力-滲流耦合模型進行了研究，但都存在一定的局限性，廣泛適用性有限。對于工程巖體結(jié)構(gòu)分析中需要單獨考慮巖體的結(jié)構(gòu)面，因巖體的各向異性、非均質(zhì)性，要建立合理的能夠滿足大多數(shù)結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性的模型在現(xiàn)階段也是有難度的。巖體結(jié)構(gòu)面的剪切試驗是人們廣泛應(yīng)用的獲取巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強度及其參數(shù)的有效方法，其一般分為原位試驗和室內(nèi)模型試驗，前者可得到一定尺寸范圍內(nèi)較為可靠的巖體結(jié)構(gòu)面抗剪強度和參數(shù)，但是原位試驗由于試驗費用高、周期長、環(huán)境差、操作復(fù)雜等缺點應(yīng)用相對較少；后者相對于前者有費用低，操作簡單等優(yōu)點而被廣泛使用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)及方法，以適用于巖體結(jié)構(gòu)面的三向應(yīng)力剪切-滲流模型，模擬巖體在三向應(yīng)力和滲流耦合作用下的破壞情況以及巖體在注漿以后的阻水特性，模擬在水壓、圍壓作用下對巖體強度進行定量的標(biāo)定，為注漿后的巖體強度和巖體的注漿效果提供依據(jù)。
[0004]本發(fā)明提供一種三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)，包括支撐架、加載單元、注漿單元和注水單元，加載單元包括上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭，上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭分別活動連接于支撐架的上、下、左、右、前和后的位置，上壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭中均開設(shè)有注漿流道，注漿流道裝配連接注漿單元，下壓頭中開設(shè)有注水流道，注水流道裝配連接注水單元，上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭的內(nèi)側(cè)均裝配連接有密封圈。
[0005]進一步的，注漿單元包括經(jīng)注漿管路依次連接的注漿攪拌站、注漿壓力栗站、注漿閥門和注漿壓力表，注漿管路的末端裝配連接注漿流道。
[0006]進一步的，注水單元包括經(jīng)注水管路依次連接的水箱、水壓力栗站和水壓力表，注水管路的末端裝配連接注水流道。
[0007]進一步的，注水管路上在水壓力栗站和水壓力表之間還連接有溢流閥。
[0008]進一步的，還包括分別與上壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭裝配連接的注漿盤，注漿盤的外表面均勻開設(shè)有多條注漿流道，注漿盤上的注漿流道分別與上壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭中的注漿流道連接。
[0009]進一步的，上壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭的中間位置均開設(shè)有第一空腔，注漿盤裝配連接于第一空腔內(nèi)。
[0010]進一步的，還包括與下壓頭裝配連接的注水盤，注水盤的外表面均勻開設(shè)有多條注水流道，注水盤上的注水流道與下壓頭中的注水流道連接。
[0011 ]進一步的，下壓頭的中間位置開設(shè)有第二空腔，注水盤裝配連接于第二空腔內(nèi)。
[0012]進一步的，還包括液壓單元，液壓單元經(jīng)液壓管路連接上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭。
[0013]本發(fā)明還提供一種三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗方法，應(yīng)用上述的三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)，包括以下步驟:
[0014]步驟一、在試件內(nèi)設(shè)置應(yīng)力傳感器，將試件放置于上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭包圍的空間內(nèi)；
[0015]步驟二、通過左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭對試件施加圍壓至預(yù)設(shè)值，注水單元經(jīng)下壓頭對試件施加水壓至預(yù)設(shè)值并保持恒定，上壓頭和下壓頭對試件施加軸壓至預(yù)設(shè)值，經(jīng)應(yīng)力傳感器監(jiān)測三向應(yīng)力和滲流耦合作用下試件的破壞情況；
[0016]步驟三、待試件破壞后，保持圍壓、軸壓和水壓保持恒定，注漿單元經(jīng)上壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭對破壞的試件注漿；
[0017]步驟四、待注漿凝固后，停止注漿并調(diào)節(jié)水壓，以監(jiān)測經(jīng)注漿的破壞的試件的阻水特性；
[0018]步驟五、保持水壓、圍壓恒定，對經(jīng)注漿的破壞的試件施加軸壓，定量分析經(jīng)注漿的破壞的試件的強度。
[0019]進一步的，步驟一中，在將試件放置于上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭包圍的空間內(nèi)之前，先將試件放入水中浸泡至試件達到飽和狀態(tài)。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)及方法具有以下特點和優(yōu)點:
[0021]1、本發(fā)明的三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)，對試件進行圍壓、軸壓三向應(yīng)力，并對試件施加水壓滲流，實現(xiàn)模擬對巖體結(jié)構(gòu)面的三向應(yīng)力剪切-滲流的耦合；
[0022]2、本發(fā)明的三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)，對破壞的試件注漿，以模擬對破碎巖體的注漿過程；
[0023]3、本發(fā)明的三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗方法，以模擬巖體在三向應(yīng)力和滲流耦合作用下的破壞情況以及巖體在注漿以后的阻水特性；
[0024]4、本發(fā)明的三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗方法，以模擬在水壓、圍壓作用下對巖體強度進行定量的標(biāo)定，為注漿后的巖體強度和巖體的注漿效果提供依據(jù)。
[0025]結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的【具體實施方式】后，本發(fā)明的特點和優(yōu)點將變得更加清楚。
【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0027]圖1為本發(fā)明實施例中三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實施例中三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)部分結(jié)構(gòu)立體圖；
[0029]圖3為本發(fā)明實施例中上壓頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明實施例中上壓頭與注漿盤裝配后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖5為本發(fā)明實施例中注水盤的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖6為本發(fā)明實施例中下壓頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]其中，
[0034]10、支撐架，11、上壓頭，12、下壓頭，13、左壓頭，14、右壓頭，15、前壓頭，16、后壓頭，17、第一空腔，18、第二空腔，21、注漿攪拌站，22、注漿壓力栗站，23、注漿閥門，24、注漿壓力表，25、注漿管路，31、水箱，32、水壓力栗站，33、溢流閥，34、水壓力表，35、注水管路，4、密封圈，5、試件，6、注漿盤，7、注漿流道，8、注水盤，9、注水流道。
【具體實施方式】
[0035]如圖1至圖6所示，本實施例提供一種三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)，加載單元包括上壓頭11、下壓頭12、左壓頭13、右壓頭14、如壓頭15和后壓頭16，上壓頭11、下壓頭12、左壓頭13、右壓頭14、前壓頭15和后壓頭16分別活動連接于支撐架10的上、下、左、右、前和后的位置，液壓單元經(jīng)液壓管路連接上壓頭11、下壓頭12、左壓頭13、右壓頭14、前壓頭15和后壓頭16。上壓頭11、左壓頭13、右壓頭14、前壓頭15和后壓頭16中均開設(shè)有注漿流道7，上壓頭11、左壓頭13、右壓頭14、前壓頭15和后壓頭16的中間位置均開設(shè)有第一空腔17，第一空腔17內(nèi)裝配連接有注漿盤6，注漿盤6的外表面均勻開設(shè)有多條注漿流道7，注漿盤6上的注漿流道7分別與上壓頭11、左壓頭13、右壓頭14、前壓頭15和后壓頭16中的注漿流道7連接。注漿的漿液經(jīng)注漿盤6可以被分散開，使注漿的漿液可以均勻的進入到試件5中。上壓頭
11、左壓頭13、右壓頭14、前壓頭15和后壓頭16中的注漿流道7經(jīng)注漿管路25裝配連接注漿單元，注漿單元包括經(jīng)注漿管路25依次連接的注漿攪拌站21、注漿壓力栗站22、注漿閥門23和注漿壓力表24。注漿單元可經(jīng)上壓頭11、左壓頭13、右壓頭14、前壓頭15和后壓頭16對試件5進行均勻的注漿。下壓頭12中開設(shè)有注水流道9，下壓頭12的中間位置開設(shè)有第二空腔18，注水盤8裝配連接于第二空腔18內(nèi)。注水盤8的外表面均勻開設(shè)有多條注水流道9，注水盤8上的注水流道9與下壓頭12中的注水流道9連接。高壓水經(jīng)注水盤8可以被分散開，使高壓水可以均勻地經(jīng)下壓頭12從試件5的底部進入到試件5中。下壓頭12中的注水流道9經(jīng)注水管路35裝配連接注水單元，注水單元包括經(jīng)注水管路35依次連接的水箱31、水壓力栗站32、溢流閥33和水壓力表34。注水單元經(jīng)下壓頭12可對試件5加載高壓水以模擬巖體中的滲流作用。在注水管路35上設(shè)置的溢流閥33，可以在注漿過程中，當(dāng)注漿壓力大于注水壓力時，溢流閥33起保護作用。上壓頭11、下壓頭12、左壓頭13、右壓頭14、前壓頭15和后壓頭16的內(nèi)側(cè)均裝配連接有密封圈4。本實施例中的三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)，對試件5進行圍壓、軸壓三向應(yīng)力，并對試件5施加水壓滲流，實現(xiàn)模擬對巖體結(jié)構(gòu)面的三向應(yīng)力剪切-滲流的耦合;對破壞的試件5注漿，以模擬對破碎巖體的注漿過程。
[0036]本實施例還提供一種三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗方法，應(yīng)用上述的三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)，包括以下步驟:
[0037]步驟一、在試件5內(nèi)設(shè)置應(yīng)力傳感器，將試件5放入水中浸泡至試件5達到飽和狀態(tài)，將試件5放置于上壓頭11、下壓頭12、左壓頭13、右壓頭14、前壓頭15和后壓頭16包圍的空間內(nèi)；
[0038]步驟二、通過左壓頭13、右壓頭14、前壓頭15和后壓頭16對試件5施加圍壓至預(yù)設(shè)值，注水單元經(jīng)下壓頭12對試件5施加水壓至預(yù)設(shè)值并保持恒定，上壓頭11和下壓頭12對試件5施加軸壓至預(yù)設(shè)值，經(jīng)應(yīng)力傳感器監(jiān)測三向應(yīng)力和滲流耦合作用下試件5的破壞情況，以模擬巖體在三向應(yīng)力和滲流耦合作用下的破壞情況；
[0039]步驟三、待試件5破壞后，保持圍壓、軸壓和水壓保持恒定，注漿單元經(jīng)上壓頭11、左壓頭13、右壓頭14、前壓頭15和后壓頭16對破壞的試件5注漿，更接近真實巖體中的注漿過程；
[0040]步驟四、待注漿凝固后，停止注漿，可對試件5整體進行烘干以加快試驗進程，調(diào)節(jié)水壓，以監(jiān)測經(jīng)注漿的破壞的試件5的阻水特性，以模擬巖體在三向應(yīng)力和滲流耦合作用下的破壞巖體注漿后的阻水特性；
[0041]步驟五、保持水壓、圍壓恒定，對經(jīng)注漿的破壞的試件5施加軸壓，定量分析經(jīng)注漿的破壞試件5的強度，以模擬在水壓、圍壓作用下對巖體注漿后的強度進行定量的標(biāo)定，為注漿后的巖體強度和巖體的注漿效果提供依據(jù)。
[0042]當(dāng)然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)，其特征在于:包括支撐架、加載單元、注漿單元和注水單元，加載單元包括上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭，上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭分別活動連接于支撐架的上、下、左、右、前和后的位置，上壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭中均開設(shè)有注漿流道，注漿流道裝配連接注漿單元，下壓頭中開設(shè)有注水流道，注水流道裝配連接注水單元，上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭的內(nèi)側(cè)均裝配連接有密封圈。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)，其特征在于:注漿單元包括經(jīng)注漿管路依次連接的注漿攪拌站、注漿壓力栗站、注漿閥門和注漿壓力表，注漿管路的末端裝配連接注漿流道。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)，其特征在于:注水單元包括經(jīng)注水管路依次連接的水箱、水壓力栗站和水壓力表，注水管路的末端裝配連接注水流道。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)，其特征在于:注水管路上在水壓力栗站和水壓力表之間還連接有溢流閥。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)，其特征在于:還包括分別與上壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭裝配連接的注漿盤，注漿盤的外表面均勻開設(shè)有多條注漿流道，注漿盤上的注漿流道分別與上壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭中的注漿流道連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)，其特征在于:上壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭的中間位置均開設(shè)有第一空腔，注漿盤裝配連接于第一空腔內(nèi)。7.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)，其特征在于:還包括與下壓頭裝配連接的注水盤，注水盤的外表面均勻開設(shè)有多條注水流道，注水盤上的注水流道與下壓頭中的注水流道連接。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)，其特征在于:下壓頭的中間位置開設(shè)有第二空腔，注水盤裝配連接于第二空腔內(nèi)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)，其特征在于:還包括液壓單元，液壓單元經(jīng)液壓管路連接上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭。10.—種三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗方法，應(yīng)用權(quán)利要求1至9任一項所述的三向應(yīng)力滲流耦合注漿試驗系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、在試件內(nèi)設(shè)置應(yīng)力傳感器，將試件放置于上壓頭、下壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭包圍的空間內(nèi)； 步驟二、通過左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭對試件施加圍壓至預(yù)設(shè)值，注水單元經(jīng)下壓頭對試件施加水壓至預(yù)設(shè)值并保持恒定，上壓頭和下壓頭對試件施加軸壓至預(yù)設(shè)值，經(jīng)應(yīng)力傳感器監(jiān)測三向應(yīng)力和滲流耦合作用下試件的破壞情況； 步驟三、待試件破壞后，保持圍壓、軸壓和水壓保持恒定，注漿單元經(jīng)上壓頭、左壓頭、右壓頭、前壓頭和后壓頭對破壞的試件注漿； 步驟四、待注漿凝固后，停止注漿并調(diào)節(jié)水壓，以監(jiān)測經(jīng)注漿的破壞的試件的阻水特性； 步驟五、保持水壓、圍壓恒定，對經(jīng)注漿的破壞的試件施加軸壓，定量分析經(jīng)注漿的破壞的試件的強度。
【文檔編號】G01N33/24GK105842424SQ201610342972
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】郭惟嘉, 趙金海, 尹立明, 劉占新, 孔德志, 孔賀, 白麗揚
【申請人】山東科技大學(xué)