[发明专利]一种快速确定最适膨胀剂含量添加的方法及其应用

摘要

本发明提供一种快速确定最适膨胀剂含量添加的方法及其应用，目的在于解决以下两方面问题：1、可解决在锚杆支护中由于膨胀性水泥浆体配合比选择不当或有误而引起岩体被撑裂，从而使得锚杆松散加固失效及达不到锚杆预期的抗拔力效果。2、可解决在野外施工现场做灌注膨胀水泥浆打锚杆支护时，现场无法获取或准确获取岩石的抗拉强度从而无法计算膨胀水泥浆中膨胀剂的含量导致锚杆锚固力达不到预期效果的问题，该发明可在现场快速确定膨胀水泥浆中的最适膨胀剂含量，从而避免了室内实验获取岩石抗拉强度的繁琐流程，提高了工期及膨胀剂含量添加的准确性。

主权项

1.一种快速确定最适膨胀剂含量添加的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：在围岩（9）上相距一定距离任意钻取n个直径m和深度a相同的孔洞（10），进行孔洞编号，且保证孔洞完整无裂隙，并使用声波测试仪测试各孔洞，根据波速对孔洞内部岩石进行分类；步骤2：根据孔洞内部岩石分类初步确定膨胀性水泥浆体中膨胀剂的添加范围，再根据锚固长度L计算出膨胀性水泥浆中各成分的质量，以x%的增量逐级递增制成的不同含量的膨胀性水泥浆体；选择长度为b的锚杆，在距离锚杆一顶端c处向另一端方向开始布置应变片，两应变片间距为z；其中：L＜a；x取任意正数，根据工程需要精度取值；b＞a；步骤3：将锚杆放入孔洞，用普通水泥浆灌注d深，待普通水泥浆初凝后，将不同膨胀剂含量的膨胀性水泥浆体分别注入有编号的孔洞，记录不同编号孔洞所对应膨胀剂含量，并用刚性圆盘支撑架进行拖口封面；其中：d＜c；步骤4：灌浆完毕后一段时间，接通压力采集系统采集膨胀压应力，对应记录不同编号孔洞的膨胀压应力数据，同时使用内窥镜伸入孔洞观察孔内壁是否出现裂纹，并记录下不同编号孔洞的胀裂情况；步骤5：根据步骤4测得数据绘制不同编号孔洞中应力‑时间曲线图，联合内窥镜观察裂纹情况，初步确定最适膨胀剂水泥浆配合比的近似范围；步骤6：在步骤5确定的近似范围内，使用二分法分多组后重复步骤1、2、3、4、5，得出最适膨胀剂水泥浆配合比，其中，每一次重复步骤中的x取值均要小于上回步骤中x的取值，且钻孔数和试验重复次数由工程精度要求确定；所述步骤1具体操作过程为，在围岩（9）上任意钻取n个直径m深a的孔洞（10），每两孔洞相距2米，进行编号为1~n，且保证孔洞完整无裂隙，以便后面进行内窥镜观察及压力采集数据不受影响；使用声波测试仪测试各孔洞岩石，根据波速对孔洞内部岩石进行分类，再查文献根据不同岩石的抗拉强度初步确定膨胀性水泥浆体中膨胀剂的添加范围；所述步骤2具体操作过程为，根据步骤1初步确定膨胀性水泥浆体中膨胀剂的添加范围以x%的增量逐级递增制成的不同含量的膨胀性水泥浆体，x的取值均为正数，且x%取值由工程精度需要确定，在工程中x%的取值都不会超过50%；根据孔洞深度选择一根长度为b米的锚杆，锚杆伸出孔洞外是便于进行支护；距离锚杆一顶端c处开始布置应变片，c取值范围在3cm~10cm，即在0到c的范围内主要作用是用普通水泥浆将锚杆居中定位于孔洞中；两应变片间距为z，根据工程实际需要精度确定；所述步骤3具体操作过程为，将锚杆放入孔洞，用普通水泥浆灌注d深，d＜c是用普通水泥浆将锚杆居中定位于孔洞中；待普通水泥浆初凝后，将不同含量的膨胀性水泥浆体分别注入有编号的孔洞，浆体从里至外灌注，为避免水泥浆体倾落流出，使用刚性圆盘支撑架固定；所述刚性圆盘支撑架采用哑铃状装置，所述哑铃状装置由螺杆螺帽（5）、橡皮垫（6）、刚性圆盘（7）和圆环轴杆（8）构成，所述圆环轴杆（8）的两端安装有刚性圆盘（7），所述刚性圆盘（7）外端面安装有橡皮垫（6），所述橡皮垫（6）的外层通过螺杆螺帽（5）固定安装有外层刚性圆盘（7）；所述步骤4具体操作过程为，采用压力采集系统采集膨胀压应力与内窥镜观察内壁胀裂情况相结合，是更加精确的判断孔壁在不同膨胀剂含量下的胀裂情况，找到孔壁胀裂时所对应最小膨胀剂含量水泥浆一组作为范围下限和未胀裂中最大膨胀剂含量水泥浆一组作为范围上限，即初步确定最适膨胀剂水泥浆配合比的近似范围；所述步骤5具体操作过程为，根据步骤4测得的压应力绘制不同编号孔洞中应力‑时间曲线图，按照曲线是否存在突然大幅度下降对所有应力‑时间曲线图进行分类，将存在突然大幅度下降分为第一组，没有存在突然大幅度下降的分为第二组，对比内窥镜观察记录的裂纹情况，然后在第一组中找出膨胀剂含量最低且已经出现裂纹的一个作为最适膨胀剂水泥浆配合比的近似范围的下限，在第二组中找出膨胀剂含量最高且没有出现裂纹的一个作为最适膨胀剂水泥浆配合比的近似范围的上限，即可初步确定最适膨胀剂水泥浆配合比的近似范围。