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专利号: 2020105292961
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种两向加载裂隙岩体可视化劈裂注浆试验装置,其特征在于:它包括劈裂钢板箱(24)、侧压加载部分(22)、注浆部分(23)、应力监测部分(32)、分离式液压千斤顶(37)及高速摄像机(33),其中:所述劈裂钢板箱(24)内设有裂隙岩体(1),劈裂钢板箱包括轴压加载板(2)、钢板框架(3)、镂空钢板(4)和透明亚克力板(25);钢板框架(3)为除前面外其余屋面设为钢板的金属箱体结构,裂隙岩体(1)设置在钢板框架(3)内,钢板框架(3)的顶面与裂隙岩体(1)之间设有完全将其覆盖且尺寸匹配的轴压加载板(2),轴压加载板(2)与钢板框架(3)的顶面之间设有分离式液压千斤顶(37)的同步的液缸,同步的液缸通过管路与分离式液压千斤顶主体连接;透明亚克力板(25)通过镂空钢板(4)固定在钢板框架(3)的前面,镂空钢板(4)中心处设有螺纹孔(18),钢板框架(3)后面的钢板中心开有注浆孔、左面的钢板中心开有进水孔;

所述侧压加载部分(22)包括侧向加载液囊(5)、侧向加载顶板(6)、加压进水管(7)、减压阀(8)、阀门(9)、手动加压泵(10)、侧压胶皮垫片(11)和进水管道(30);其中加载液囊(5)设置在钢板框架(3)内,所述加载液囊结构与钢板框架(3)左面匹配正好覆盖内裂隙岩体(1)的左面,侧向加载液囊(5)被侧向加载顶板(6)固定于钢板框架(3)的左面上,钢板框架(3)与侧向加载顶板(6)之间设置有侧压胶皮垫片(11),手动加压泵(10)通过进水管道(30)与加压进水管连接(7),加压进水管(7)通过进水孔穿过钢板框架(3)的左面与加载液囊(5)连接,加压进水管(7)和进水管道(30)上均设置有阀门(9),两个阀门(9)之间的进水管道(30)上设有减压阀(8);

所述注浆部分(23)包括注浆管(12)、透明胶皮防水小垫片(13)、透明胶皮大垫片(14)、注浆管加固螺母(15)、压力变送器(26)、流量计(27)、注浆泵(28)、注浆管道(29)、阀门(9);

注浆泵(28)通过注浆管道(29)与注浆管(12)连接,注浆管道(29)两端均设有阀门(9),压力变送器(26)和流量计(27)分别设置在注浆管道(29)上,压力变送器(26)通过线路连接有无纸记录仪(31),注浆管(12)穿过钢板框架(3)后面的注浆孔,其与镂空钢板(4)中心的螺纹孔(18)螺纹固定,留在钢板框架(3)后面外侧的注浆管(12)的末端通过注浆管加固螺母(15)固定,注浆管(12)头部落入前面的钢板被封堵,注浆管(12)贯穿裂隙岩体(1),其为花管结构设有多个出浆孔(19),注浆管道(29)与注浆管(12)以及注浆泵(28)连接处设有阀门(9);

所述应力监测部分(32)包括多个压力盒(34)、数据处理器(35)和电脑(36);所述多个压力盒(34)固定在钢板框架(3)的下面和左面与裂隙岩体(1)接触,压力盒(34)与钢板框架(3)钢板接触面设置有胶皮圆环垫片(38),所有,压力盒(34)的线路通过数据处理器(35)与电脑(36)相连;所述高速摄像机(33)设置在正对钢板框架(3)安装有透明亚克力板(25)的前面。

2.根据权利要求1所述的一种两向加载裂隙岩体可视化劈裂注浆试验装置,其特征在于:所述裂隙岩体(1)由多块小式样相互拼装而成,注浆管(12)的预设位置正好位于小式样相互拼装的连接处,所有压力盒(34)均设置在小式样的接触面的中心位置。

3.根据权利要求2所述的一种两向加载裂隙岩体可视化劈裂注浆试验装置,其特征在于:所述裂隙岩体(1)中的多块小式样之间为通过一整块岩体切尔而成,或是通过多块不同的式样打磨组合而成。

4.根据权利要求2所述的一种两向加载裂隙岩体可视化劈裂注浆试验装置,其特征在于:多块小式样尺寸相同,通过不同排列方式组合以模拟不同倾角下的天然裂隙,裂隙岩体(1)根据不同排列方式组合,至少存在六种切割方式,α=0°β=0°,α=0°β=30°,α=0°β=

45°,α=0°β=60°,α=30°β=30°,α=45°β=45°;α表示水平向裂隙与水平方向的倾角,β表示垂直向裂隙与垂直方向的倾角。

5.根据权利要求1所述的一种两向加载裂隙岩体可视化劈裂注浆试验装置,其特征在于:钢板框架(3)设有注浆孔的后面与裂隙岩体(1)之间依次设置有透明胶皮防水小垫片(13)和透明胶皮大垫片(14),钢板框架(3)与镂空钢板(4)之间同样依次设置有透明胶皮防水小垫片(13)和透明胶皮大垫片(14),从而实现高压下的劈裂注浆。

6.根据权利要求1所述的一种两向加载裂隙岩体可视化劈裂注浆试验装置,其特征在于:所述镂空钢板(4)与钢板框架(3)之间通过对接板(20)和螺栓孔(17)螺栓连接。

7.一种使用上述所有权利要求所述两向加载裂隙岩体可视化劈裂注浆试验装置的实验方法,其特征在于步骤如下:

S1首先把准备好的岩体试件根据排列组合方式进行切割构成小试件,之后在小试件表面涂抹凡士林,并按设计的组合方式排列在钢板框架(3)内组成裂隙岩体(1);

S2将劈裂钢板箱(24)、侧压加载部分(22)、注浆部分(23)、应力监测部分(32)、分离式液压千斤顶(37)及高速摄像机(33)全部安装到位;

S3利用分离式液压千斤顶(37)缓慢移动轴压加载板(2)从而向裂隙岩体(1)施加轴压,同时利用手动加压泵(10)向侧向加载液囊(5)注水对裂隙岩体(1)侧向无死角加压,保持轴压与侧压同步增加且轴压不小于侧压,待压力达到设计值时,停止轴压与侧压同步加压;浆液为水灰比为0.6~0.8的水泥浆液,采用超细水泥;

S4变化轴压的加载速率对轴压继续加压,直至设计值;

S5利用手动注浆泵(28)进行注浆,通过无纸记录仪(31)记载注浆压力的变化,利用压力盒(24)监测裂隙岩体(1)边界处小试样的受力变化,使用流量计(27)根据注浆试件记录注浆量,同时使用高速摄像机(33)每间隔0.5进行拍摄一次,直至注浆压力发生突然的骤降,此时判断裂隙岩体(1)发生了由闭合裂隙劈裂成为张开裂隙,停止注浆,关闭注浆管道(29)上的所有阀门(9);

S6撤去注浆部分中注浆管和临近注浆管(12)的阀门(9)之外的装置,并清洗差些的部分装置;保持裂隙岩体(1)内承压的浆液,放置20天左右,待浆液凝固后将装置拆卸并进行清洗,再养护组装的断裂隙岩体(1)十天试件,观察断裂隙岩体(1)劈裂情况并可进一步利用CT扫描对断裂隙岩体(1)内部浆液的劈裂运移情况进行深入的研究。

8.根据权利要7所述的实验方法,其特征在于:停止轴压与侧压同步加压的设计参考值为3MPa,裂隙岩体(1)施加轴压的设计值参考值为3MPa、6MPa、9MPa、12MPa、15MPa。