[发明专利]一种三维注浆模型试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种三维注浆模型试验装置，其特征在于，包括竖直方向相互连接三个圆盘状反力板，自上而下依次为第一、第二及第三反力板；反力板之间放置围压反力腔及轴压伺服加载模块；所述的围压反力腔底部设计为孔隙水压力加载模块，围压反力腔内部安置被注岩体装载模块及围压伺服加载模块；所述的被注岩体装置模块内布置与数据处理模块相连接的传感器。

2.根据权利要求1所述的一种三维注浆模型试验装置，其特征在于，所述的第一反力板圆心处钻设与注浆设备连通的注浆孔，下表面加工环形槽I；所述的第二反力板钻设中心孔，孔壁内侧加工密封槽；所述的第二反力板上表面加工环形槽II；所述的第一反力板、第二反力板、第三反力板之间通过两组紧固螺杆固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种三维注浆模型试验装置，其特征在于，所述的围压反力腔由高强度合金钢材料加工成圆筒状；所述的围压反力腔顶部加工成台阶状，同底部分别卡在第一反力板及第二反力板环形槽I,II中；所述的围压反力腔侧壁上径向钻设引线孔。

4.根据权利要求1所述的一种三维注浆模型试验装置，其特征在于，所述的围压伺服加载模块包括油囊、液压控制台、液压油缸；所述的油囊侧壁上预留引线孔；所述的液压油缸与油囊通过高压管和分油器连接；所述液压控制台与液压油缸之间通过高压管连接。

5.根据权利要求1所述的一种三维注浆模型试验装置，其特征在于，包括液压控制台、液压油缸、液压千斤顶、传力轴、传力垫块和承载-渗水活塞；所述的液压千斤顶固定在第三反力板顶面；所述的液压控制台与液压油缸通过高压管连接；所述传力轴通过传力垫块与液压油缸接触；所述的传力轴穿过第二反力板中心孔进入到围压反力腔内，连接承载-渗水活塞；所述承载-渗水活塞放射状布置渗水孔。

6.根据权利要求5所述的一种三维注浆模型试验装置，其特征在于，所述的孔隙水压力加载模块包括储水仓、注水孔；所述的储水仓由承载-渗水活塞、围压反力腔内壁和第二反力板围成；所述的储水仓侧壁钻设注水孔。

7.根据权利要求1所述的一种三维注浆模型试验装置，其特征在于，所述的被注岩体承载模块包括承载橡胶囊及固定钢环；所述的承载橡胶囊顶、底端通过固定钢环固定在第一反力板和承载-渗水活塞上；所述的承载橡胶囊侧壁预留传感器引线孔。

8.根据权利要求1、或4、或7所述的一种三维注浆模型试验装置，其特征在于，所述的油囊与围压反力腔之间聚四氟乙烯薄膜；所述的油囊与承载橡胶囊之间夹有聚四氟乙烯薄膜。

9.根据权利要求1所述的一种三维注浆模型试验装置，其特征在于，所述的数据处理模块包括数据解译器和数据分析设备，所述的数据采集传感器通过引线与数据解译器相连，所述的数据解译器与数据分析设备相连。

10.一种三维注浆模型试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1) 根据矿山、隧道等地下工程不同水文地质条件进行土工试验测试被注岩体基本物理性质；

步骤(2) 组装模型试验系统，通过紧固螺杆将第二反力板和第三反力板固定，依次组装轴向伺服加载模块、围压伺服加载模块以及被注岩体装载模块，固定承载橡胶囊和承载-渗水活塞；选取岩土体材料充填入承载橡胶囊内，其中可预制裂隙或破碎带以更好地模拟符合实际工况；填充岩土体材料过程中安放土压力及渗透压力传感器并测试；

步骤(3) 材料填充完毕后，通过紧固螺杆将第一反力板和第二反力板固定；

步骤(4) 根据试验方案依次施加轴压和围压；达到设计要求后，利用强力胶固定引线空心螺杆，并利用电缆密封夹紧接头封闭传感器数据线，组装数据采集模块；

步骤(5) 根据试验方案通过注水孔和承载-渗水活塞向被注岩体内注入地下水，直至达到设计要求；

步骤(6) 利用注浆设备向被注岩体内实施注浆试验，记录注浆过程中物理场数据，达到试验设计要求后结束注浆，关闭试验系统；

步骤(7) 拆卸试验装置，取出注浆加固体放入养护实验室养护；清洗试验装置其他结构，结束试验。