[发明专利]一种模拟岩体裂隙注浆过程的实验装置及压力监测系统

说明书

本发明的涉及一种模拟岩体裂隙注浆过程的实验装置及压力监测系统，所述实验装置包括：第一盒体，所述第一盒体内部设置有第一通道，所述第一通道的两端分别设置有连通所述第一盒体的外部的开口；第二盒体，所述第二盒体内部设置有第二通道；所述第一盒体的所述第一通道的一端开口连通所述第二盒体的所述第二通道；多个压力感应探头，设置在第二盒体内，用于检测所述第二盒体的内部压力，多个所述压力感应探头共同连接一压力监测系统，所述压力感应探头用于将检测到的压力信号传输至该所述压力监测系统，本发明的装置为着重检测浆液扩散的压力变化区域，为探究岩体裂隙的内部环境提供可视化参照，可广泛应用于岩体裂隙动水注浆物理模型试验领域。

技术领域

本发明涉及岩体裂隙动水注浆物理模型试验领域。更具体地说，本发明涉及一种模拟岩体裂隙注浆过程的实验装置及压力监测系统。

背景技术

天然岩体中存在不连续面/裂隙，这些不连续面的存在为岩体中水或其他有害物质的运移提供了通道。岩体工程中涌突水注浆治理难度大，裂隙水注浆技术尚未有成熟的技术和理论，由于缺乏科学指导，大多数深埋矿井及隧道都存在常年涌水问题。为解决岩体工程中含水构造中涌突水治理问题，需要深入研究裂隙水注浆过程中裂隙水渗流及浆液扩散规律和涌突水封堵的作用机制。因此开展裂隙水渗流及注浆扩散机制和堵水加固机理的研究对深埋矿井和隧道工程安全评估及加固有重大的理论意义和工程应用价值。

申请号为CN201710801622.8的发明专利介绍了一种多功能裂隙注浆实验室模拟装置，能够进行不同倾角光滑裂隙面的注浆模拟实验，但实际岩体裂隙因地质力学成因的不同，如张拉、剪切、压扭或张扭等力学过程，导致裂隙表面几何形态，主要是起伏度、粗糙度和不匹配或咬合程度以及填充性质上存在显著差异，这直接控制着裂隙的水力开度。如更深入到裂隙面对水力行为的影响时，地下水或浆液的流动与运移条件也显著受裂隙面凸起的咬合条件、起伏粗糙度条件控制，导致裂隙面内水流或浆液运移是非均匀、非稳定流动状态，局部凸起或者岛状低水力开度区会引发更复杂的水力行为，甚至出现裂隙面局部区域的紊流。对浆液流动而言，这些局部低水力开度区对浆液的阻挡、增加沉积和胶凝作用显得尤为重要，但反过来又降低了浆液扩散能力，这些性质均是光滑裂隙面类型的试验装置无法反映的浆液行为。大量文献调研也显示，目前缺乏能够可调节裂隙面非光滑且表征水力开度非均匀性的注浆试验装置。

申请号为CN201310033930.2的发明专利介绍了一种单裂隙非饱和渗流试验系统，此发明可通过改变常水头供水系统的水头高度，裂隙厚度、裂隙表面粗糙度等，监测并记录水流流到某位置的时刻，实现水平干裂隙中水流从无到有流体流动规律实验研究，但此发明的试验装置不具有可视化特性，同时也非针对注浆研究目的而研制，在其装置的裂隙内水流渗流过程无法直接观测。对浆液流动研究而言，浆液在裂隙中的扩散速率、扩散半径、沉淀与胶凝过程甚至地下水对浆液的稀释、牵引或阻碍等作用均需要定量数据来支撑，因而可视化测定上述注浆参数非常重要。

《岩石力学与工程学报》2012年第12期题为《水泥浆液裂隙注浆扩散规律模型试验与数值模拟》中研究了水泥浆液在静水和动水下平面裂隙中的扩散规律，其试验选用了山东大学研制的准三维裂隙注浆模型系统，模型系统可模拟固定开度的完整裂隙状态下的注浆扩散规律，然而实际岩体裂隙内有各种充填物，裂隙形态及其复杂，并非一定的矩形平面裂隙。

综上所述，现有技术中针对岩体裂隙渗流和浆液流动模拟的试验装置缺乏考虑裂隙面水力开度的非均质性、裂隙面起伏粗糙度特征以及局部凸起咬合状态等复杂非光滑平面裂隙条件，部分现有装置对注浆过程参数的透明化、可视化的定量观测仍不完善。为此，本发明专利研发了一种具有透明可视化功能，同时考虑裂隙面水力开度的非均质性的非光滑平面裂隙试验装置，用于动水注浆过程（包括浆液扩散规律、压力分散规律、局部低水力开度岛状区域的阻滞、沉积与胶凝控制作用等）的试验仿真研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟岩体裂隙注浆过程的实验装置及压力监测系统。