[发明专利]一种三维注浆模型试验装置及试验方法

说明书

  

技术领域

本发明涉及一种可施加三维应力的三维注浆模型试验装置及试验方法。

背景技术

矿山、隧道等地下工程建设中，经常发生围岩变形大、涌水量大等问题，甚至会发生突水突泥灾害，造成巨大的人员财产损失。注浆作为一种加固软弱围岩、治理水害的一种有效手段在地下工程灾害治理中得到了越来越广泛的应用。模型试验是研究注浆治理过程中浆液扩散规律及加固机理的重要手段。但是目前针对隧道开挖及注浆的模型试验台架较少，严重影响相关研究的进展。

现有的注浆模型试验，多针对特定地层（如单裂隙、简单多孔介质）开展研究，或利用类似岩体简单填筑代替被注岩体；试验较少涉及到地应力环境及地下水环境对注浆扩散规律及加固机理的影响，更遑论被注岩体所处的三维地应力场与复杂的水文地质条件。类似情况严重偏离了被注岩体状态，难以对注浆过程获得科学认识，也不能较好地指导注浆工程的合理设计。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种可加载三维地应力、孔隙水压力的注浆模型试验装置及试验方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种三维注浆模型试验装置，包括竖直方向上依次连接的第一、第二、第三反力板；第一反力板和第二反力板之间安放围压反力腔，在第二反力板和第三反力板间安放轴压伺服加载模块；所述的围压反力腔内设有被注岩体装载模块和对围压反力腔实施围压的围压伺服加载模块；所述的围压反力腔底部设计为孔隙水压力加载模块，所述的被注岩体装置模块内布置用于采集注浆过程中岩土体内部物理场的变化规律的传感器，所述的传感器与数据处理模块相连。

所述的第一反力板由高强度合金钢材料加工成Φ660*25mm(即直径660mm，高25mm)圆盘。所述的第一反力板圆心处钻设Φ20mm注浆孔，固定矿用快速接头I，连接注浆设备；反力板Φ590mm圆周上钻设4个对称分布的Φ20mm固定孔I，使紧固螺杆I穿过；下表面加工Φ500*470*5mm的环形槽I，内置橡胶密封垫I。

所述的第二反力板由高强度合金钢材料加工成Φ780*25mm圆盘，下表面焊接Φ90*30mm圆柱形垫块。第二反力板及垫块钻设Φ50mm中心孔，孔壁加工5个Φ60*50*5mm的密封槽I，内置橡胶密封圈I。所述的第二反力板Φ590mm圆周上钻设4个对称分布的Φ20mm固定孔II，使紧固螺杆I穿过。所述的第二反力板Φ700mm圆周上钻设4个对称分布的Φ20mm固定孔III，使紧固螺杆II穿过。所述的第二反力板上表面加工Φ500*440*5mm的环形槽II，内置橡胶密封垫II。

所述的第三反力板由高强度合金钢材料加工成Φ780*25mm圆盘。第三反力板Φ700mm圆周上钻设4个对称分布的Φ20mm固定孔IV，使紧固螺杆II穿过。所述的第三反力板Φ200mm圆周上均布4个Φ4mm钻孔，固定液压千斤顶。

所述的紧固螺杆为Φ16mm高强螺杆，包括两组，每组4根，第一组紧固螺杆I连接第一、第二反力板，第二组紧固螺杆II连接第二、第三反力板。

所述的围压反力腔由高强度合金钢材料加工成Φ500*440*600mm的圆筒。围压反力腔顶部加工成台阶状，下台阶为Φ470*440mm的圆环形平台，并于Φ455mm的圆周上均匀钻设Φ4mm固定孔18个。所述的围压反力腔侧壁径向钻设8个Φ4mm引线孔，使传感器引线穿过。所述的围压反力腔顶、底部分别安置在第一、第二反力板环形槽I,II中，通过紧固螺杆和橡胶密封垫保证密封性。

所述的围压伺服加载模块包括油囊、液压控制台I、液压油缸I。所述油囊为中空、封闭的圆环状，由橡胶依据围压反力腔尺寸加工而成；油囊侧壁上在相应位置预留传感器引线孔。所述液压油缸I与油囊通过高压管I和分油器连接。所述液压控制台I与液压控制台I之间通过高压管I连接，并实时控制压力。

所述的油囊与围压反力腔之间夹有聚四氟乙烯薄膜I，以减小两者之间的摩擦，防止油囊损坏。