[实用新型]复杂条件下的裂隙注浆可视化试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种岩石裂隙注浆模拟试验的试验装置及试验方法，尤其涉及一种复杂应力状态下考虑裂隙错动影响的裂隙径向辐射流可视化实验装置。

背景技术

在矿山开采、水利水电、隧道、边坡加固等岩土工程中，节理裂隙对岩体工程的稳定性有着重要影响。一方面岩体裂隙是导致地下工程水害的重要原因之一，另一方面裂隙的存在也大大降低了岩体强度。通过注浆充填裂隙，不仅可以有效防治工程水害，而且提高了围岩的整体性，对破碎岩体的加固效果十分明显。在注浆的过程中，浆液在裂隙中的扩散规律对堵水和围岩加固效果具有决定性的重要影响。

因此，本领域非常需要对浆液在裂隙中的扩散形态及影响因素进行研究，而进行复杂条件下的裂隙注浆模拟试验，并以此为基础建立裂隙注浆径向扩散模型是一种有效的研究手段。建立裂隙注浆径向扩散模型应考虑以下几方面的因素：裂隙的受力状态、裂隙变形及相对剪切位移、裂隙面接触面积、浆液黏度、裂隙开度、注浆压力、裂隙粗糙度、裂隙连通性、裂隙地下水压力和流动、裂隙面是否张开等和各种施工因素等。其关键技术是试验边界条件的实现，即荷载、位移边界条件和渗流边界条件。由于试验条件的限制，特别是在围压加载、裂隙可控错动、渗透密封手段、及可视化的实现方面，国内关于在复杂条件下的岩石裂隙注浆扩散试验及试验方法的研究还存在局限性，相关实验设备还比较缺乏。

在现有技术中，“注浆扩散测试装置”公开了一种注浆模拟实验装置，对裂隙注浆扩散测试方法进行了相关阐述，但其没有考虑裂隙的受力状态、裂隙变形和相对位移、裂隙接触面粗糙度等因素的影响。相关实验装置没有轴向加载机构、切向加载机构、围压加载机构，无法模拟复杂条件(包括裂隙三向受力状态、裂隙变形、裂隙面相对位移等)下的裂隙注浆，水压加载机构可提供的水压力较小，且不能对高压流动水情况下裂隙注浆封堵情况进行模拟研究，不能实现两裂隙面可控相对错动，没有实现实验过程的可视化及计算机自动化控制，对现场实际注浆情况的模拟效果不够理想。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提出的一种新的复杂条件下的裂隙注浆试验装置及试验方法，可以实现在复杂条件(包括裂隙体三向应力状态、裂隙变形、裂隙面相对剪切位移、高压流动水等)下进行岩石粗糙裂隙注浆模拟试验与分析，试验装置考虑了复杂应力作用下两裂隙面相对错动，以及裂隙接触面粗糙度和裂隙水流动状态对浆液扩散的影响，并实现了实验过程的可视化，直观的观察浆液在裂隙中扩散状态及运动路径，并通过与计算机控制系统的连接实现了实验过程的自动化控制和量测。

本实用新型所述的复杂条件下的裂隙注浆可视化试验装置及试验方法的具体技术方案为：

一种复杂条件下的裂隙注浆可视化试验装置，包括实验用实验机框架、裂隙试件注浆加载盒、轴向加载机构、切向加载机构、围压加载机构、水压加载机构、压力注浆系统、流动水收集测量装置、可视化系统；

所述实验机框架采用整体式浇注；

所述裂隙试件注浆加载盒用于放置试样，包括上剪切盒和下剪切盒，上剪切盒包括上密封套，下剪切盒包括下密封套；上、下密封套由聚氨脂材料浇注模压成型，分别具有中空腔，当上、下剪切盒产生相对移动时，上密封圈和下密封圈的接触面在可以滑动状态下保持压缩密封，上密封盒上设置有方形观察孔、进水孔和排气孔；下密封盒上设置有出水孔；

所述轴向加载机构用于给试样加载轴向力，包括轴向加载框架、轴向加载油缸和伺服油源，所述轴向加载框架包括上横梁、下横梁和立柱，轴向加载油缸固定在下横梁上，轴向加载油缸中的活塞通过伺服油源可对裂隙辐射流模拟试验盒中的试样施加轴向力；

所述切向加载机构用于给试样加载剪切力，包括切向加载框架、切向加载油缸、力传感器、位移传感器，切向加载框架用于承载切向加载油缸，切向加载油缸中的活塞可对裂隙辐射流模拟试验盒中的试样施加剪切力；

所述围压加载机构用于给试样加载围压以模拟地层的围压作用，包括交流伺服电机及交流伺服电机控制器、减速机、滚珠丝杠、加压水缸，伺服电机通过减速机、滚珠丝杠连接加压水缸的活塞，加压水缸的活塞腔连接上、下密封圈的中空腔，通过控制伺服电机的转动控制上、下密封圈的中空腔的压力，以此得到所需要的试样围压；

所述水压加载机构用于给试样裂隙提供动水压力，包括交流伺服电机及交流伺服电机控制器、减速机、滚珠丝杠、加压水缸，伺服电机通过减速机、滚珠丝杠连接加压水缸的活塞，加压水缸的活塞腔连接所述剪切渗流耦合试验盒，通过控制伺服电机的转动控制所述裂隙辐射流模拟试验盒的水压，产生试样试验所需的水压和所需的流量；