软弱破碎岩体注浆加固效能三维空间数据采集方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种岩土试验数据采集技术，尤其是一种室内注浆试验中软弱破碎岩体注浆加固效能三维空间数据采集方法。
【背景技术】
[0002]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。目前注浆试验的数据提取除土压力、渗透压力及位移等数据监测外，注浆效果检验有两种途径，一是将混合后的注浆加固体固化前充填到小模具中，测试力学强度和水力学参数，这种方法的缺点是不能体现出浆液扩散的各向异性，也不能获取劈裂浆脉的扩散规律的信息；二是利用人工堆砌的试验台上开展试验，试验后在局部位置取样测试力学与水力学参数，或是通过简单开挖以观察浆脉形态，难以兼顾注浆效果检验与浆脉空间形态判识，造成注浆模型试验有效数据的大量丢失。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种软弱破碎岩体注浆加固效能三维空间数据采集方法，该方法完善了注浆试验数据提取与分析方法，提高了注浆试验质量与科学性。
[0004]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0005]—种软弱破碎岩体注浆加固效能三维空间数据采集方法，包括以下步骤:
[0006]1.多序次高识别度注浆模型试验实施；
[0007]根据试验目的，利用三维注浆系统开展多序次注浆试验，并满足注浆材料及浆液凝胶体识别度高的需求。
[0008]进一步地，所述的注浆模型试验，包括:
[0009](I)注浆模型试验方案制定:根据实验目的，制定多序次注浆模型试验方案，确定试验钻孔数量或加工注浆钻孔结构。
[0010](2)多序次注浆装置制作:利用铝片制作注浆阻隔器，利用PVC管制作单孔多序注浆装置。
[0011](3)分序注浆材料配制:采用不影响浆液性能的氧化铁类颜料添加到水泥浆浆液中，使浆液及浆液凝胶体体现不同的颜色，以区分不同序次浆材。根据先期试验比对分析，采用的氧化铁类颜料包括氧化铁蓝、氧化铁橙、氧化铁黑、氧化铁棕、氧化铁绿、氧化铁黄、氧化铁红，当添加剂质量与干水泥质量比值分别达到2.3、2.7、1.5、2.0、1.5、1.5、1.5时，可使水泥浆液凝胶后呈现明显的蓝色、橙色、黑色、棕红色、绿色、黄色及暗红色，此外，此类方法亦可用于水泥-水玻璃双液浆中。
[0012](4)注浆过程控制:通过控制注浆终压和注浆速率进行注浆过程控制，以保障注浆效果和注浆安全。
[0013]2.观察测线布置与量测剖面揭露，包括:
[0014](I)观察测线方向、数量和测线间距的确定
[0015]注浆试验完成后，加固体养护时间达到24h后，打开多序次注浆装置，布置纵向观测线，观测线宜平行注浆钻孔连线布置。根据研究精度确定测线间距，一般取50?100mm。测线定好后，在试验平台上标定位置和序号，防止错乱。
[0016](2)观测剖面揭露方法
[0017]首先利用切割机沿着测线开槽，其后借助电锯、铲子等工具开挖，切出上部剖面或全部剖面。剖面揭露后，将木尺放置在模型试验台上，下表面作为基准O线;木尺平行观测剖面安放，且一侧面与观测剖面平齐;该侧面上加工有标记点，按照1、2、3等的顺序编号;标记点之间的间距50_，根据具体情况适当增大或减小。
[0018]3.浆液凝胶体特征量测记录及室内实验样品获取
[0019](I)观测剖面数据量测与记录
[0020]确定坐标系及方向:按照注浆试验设计，选取合适的笛卡尔三维坐标系，一般选择主注浆口为坐标原点，平行观测线且沿观测方向定为X轴正方向，水平面内垂直X轴为y轴，观测剖面内垂直X轴为z轴。
[0021]每个观测剖面切割前，将标尺I号点与观测剖面起始点重合，根据注浆系统顶面与主注楽口的相对位置确定标尺上每个标记点的三维坐标，作详细记录。
[0022]从标记点处引出铅垂线，初步确定铅垂线经过的浆脉形态、与其他浆脉的交错关系。然后利用钢尺贴合观测剖面垂直标尺放置，自上而下依次记录铅垂线经过的浆脉信息，包括自标尺起始，浆脉顶、底面深度，浆脉的颜色，是否与其他浆脉相交等信息;将这些资料详细记录下来，形成原始数据。
[0023]利用方格纸按照1:10或1:5的比例尺完成浆脉分布的素描图，利用不同颜色的蜡笔描绘浆脉形态。
[0024](2)室内土力学及水力学实验样品获取
[0025]从切割下来的加固体内获取样品，利用环刀切取即可，满足剪切试验和渗透性试验要求
[0026]4.加固体特征三维分布形态描绘，包括:
[0027](I)选取合适的处理手段使数据电子化处理
[0028]利用excel等数据处理工具，将获得的数据进行处理，转化为三维空间坐标，以此确定浆脉厚度、坐标、注浆序次以及与浆脉与其他浆脉的切割组合关系。
[0029](2)利用绘图软件绘制浆脉三维空间展布图
[0030]利用相关软件绘制浆脉的三维空间分布形态，分析浆脉扩散规律和浆脉劈裂次序，为注浆扩散机理分析提出支撑
[0031]5.室内土力学与水力学实验
[0032](I)室内土力学实验:利用ZJ-4型应变控制直剪仪开展直剪试验，测试环刀获取的土力学试件的抗剪强度，对比分析不同位置试件的抗剪强度;直剪试验是公知技术，不再赘述。
[0033](2)室内水力学实验:利用TST-55 土壤渗透仪开展加固体渗透试验，测试环刀获取的水力学试验样品的渗透系数，对比分析不同位置试件的渗透系数。渗透试验是公知技术，不再赘述。
[0034]6.注浆扩散机制与注浆加固模式分析
[0035](I)注浆扩散机制分析，观察浆液凝胶体形态，确定扩散方式:若凝胶体呈局部点状分布，则浆液发生渗透扩散;若凝胶体形态为不规则球形、椭球形等块体形状，则浆液发生压密扩散;若凝胶体形态为相连接主干脉-分浆脉的系统，则浆液发生劈裂扩散。根据浆液扩散形式进行注浆扩散过程的力学机制分析；
[0036](2)归纳总结注浆加固模式，根据浆液主导扩散形式划分注浆加固模式类型。若研究范围浆液主要为渗透扩散，则划分为渗透型加固模式;若研究范围浆液主要为压密扩散，则划分为压密型加固模式;若研究范围浆液主要为劈裂扩散，则划分为劈裂型加固模式;若研究范围浆液主要为压密扩散和劈裂扩散，则划分为压密-劈裂型复合加固模式;若研究范围浆液主要为渗透-劈裂扩散，则划分为渗透-劈裂型复合加固模式。在以上分析基础上，总结各种加固模式的特征。
[0037]本发明提出了软弱破碎岩体加固效能检验与加固体力学、水力学特征等三维空间信息的获取方法，完善了注浆试验数据提取与分析方法，提高了注浆试验质量与科学性。实现了注浆加固体空间形态精确性分析、浆液扩散路径判识及加固后岩体力学与水力学性质改善程度定量评价，为注浆加固理论研究及数值分析提供技术支撑。
[0038]本发明充分考虑了模型试验中加固体物理指标空间分布非均匀性规律，利用分区段精细开挖方法获取不同部位、不同区块加固体的测试样品，并量测、采集浆脉展布形态，为注浆模型试验浆液扩散规律、加固体物理指标改善程度分布与变化规律研究提供第一手的试验手段和数据。
[0039]本发明将注浆加固模式划分为压密型、渗透型、劈裂型等单型及压密-劈裂型、渗透-劈裂型等复合型注浆加固模式。首次就注浆模型试验中注浆效果检验与加固体三维空间数据体的确定提供了定量研究方法，克服了注浆试验中信息过量遗失，不能全面挖掘的难题。
[0040]该三维空间数据采集方法简单易行，操作简单，为进一步基于注浆模型试验开展注浆扩散与加固理论研究奠定基础。
【附图说明】
[0041 ]图1为本发明的工作流程图；
[0042]图2为开挖揭示的多序次浆脉分布剖面图；
[0043]图3为数值化处理后的结果。
【具体实施方式】
[0044]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0045]为便于方便准确测试注浆模型试验中物理指标改善程度的三维空间分布规律，利用分区段精细开挖方法获取不同部位、不同区块加固体的测试样品，并量测、采集浆脉展布形态，为注浆模型试验浆液扩散规律、加固体物理指标改善程度分布与变化规律研究提供第一手的试验手段和数据。
[0046]软弱破碎岩体注浆加固效能三维空间数据采集方法，其步骤是:
[0047]1.多序次高识别度注浆模型试验实施；
[0048]根据试验目的，利用三维注浆系统开展多序次注浆试验，并满足注浆材料及浆液凝胶体识别度高的需求。
[0049]进一步地，所述的注浆模型试验，包括:
[0050](I)注浆模型试验方案制定:根据实验目的，制定多序次注浆模型试验方案，确定试验钻孔数量或加工注浆钻孔结构。
[0051](2)多序次注浆装置制作:利用铝片制作注浆阻隔器，利用PVC管制作单孔多序注浆装置。
[0052](3)分序注浆材料配制:采用不影响浆液性能的氧化铁类颜料添加到水泥浆浆液中，使浆液及浆液凝胶体体现不同的颜色，以区分不同序次浆材。根据先期试验比对分析，采用的氧化铁类颜料包括氧化铁蓝、氧化铁橙、氧化铁黑、氧化铁棕、氧化铁绿、氧化铁黄、氧化铁红，当添加剂质量与干水泥质量比值分别达到2.3、2.7、1.5、2.0、1.5、1.5、1.5时，可使水泥浆液凝胶后呈现明显的蓝色、橙色、黑色、棕红色、绿色、黄色及暗红色，此外，此类方法亦可用于水泥-水玻璃双液浆中。
[0053](4)注浆过程控制:通过控制注浆终压和注浆速率进行注浆过程控制，以保障注浆效果和注浆安全。
[0054]2.观察测线布置与量测剖面揭露，包括:
[0055](I)观察测线方向、数量和测线间距的确定
[0056]注浆试验完成后，加固体养护时间达到24h后，打开多序次注浆装置，布置纵向观测线，观测线宜平行注浆钻孔连线布置。根据研究精度确定测线间距，一般取50?100mm。测线定好后，在试验