一种检验隧洞破裂围岩灌浆后阻水效果的试验方法
【专利摘要】本发明涉及一种检验隧洞破裂围岩灌浆后阻水效果的试验方法，包括以下步骤：S1、对试样进行环向加载，使试样上形成裂纹，记录加载过程中的声发射信号；S2、对所述试样进行压力灌浆，记录灌浆过程中的声发射信号；S3、待灌浆固结后对灌浆体进行渗透试验，记录试验过程中加载端面的渗流量和渗透压力。本发明能真实反映岩体破裂后裂隙发育特征以及工程开挖后应力重分布的特征。
【专利说明】
一种检验隧洞破裂围岩灌浆后阻水效果的试验方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种检验隧洞破裂围岩灌浆后阻水效果的试验方法。
【背景技术】
[0002]深部地下岩体工程(如交通隧道、引水隧洞、煤矿巷道、核废料处置库等)面临两大难题，即高地应力和高地下水位。岩石地下工程开挖打破了原岩应力的平衡状态，引起围岩的应力重分布，洞壁围岩切向应力升高，径向应力降低，应力差增大导致围岩破裂破坏，岩体力学性质变差、渗透性增强，高地下水位产生的高渗透压会进一步劈裂岩体，高压水将渗出岩体压在衬砌上，甚至可能导致衬砌破坏，影响工程长期安全运行，造成重大经济损失。
[0003]高压固结灌浆是岩体工程常用的阻隔外界水的技术措施。而灌浆后浆液封堵裂隙、阻隔外水渗透效果的评价则是决定这一措施是否可行的关键问题。其中涉及到不同破裂程度的岩体其裂隙发育程度如何、渗透性如何、不同外水压力下是否进一步破裂、不同注浆压力下是否会导致破裂扩展、灌浆后浆液充填程度如何、岩体渗透性发生怎么的变化等等问题。
[0004]目前，国内外进行的岩石加载损伤、渗透试验大部分针对直径为5cm圆柱形试样或边长为5cm的立方体试样开展，还有专门针对结构面渗透问题开展的单裂隙或单结构面渗流试验。不仅试样较小，无法反映现场大尺度岩体破裂后裂隙发育特征，而且荷载条件较为简单，分为常规三轴加载和真三轴加载，前者为针对圆柱形试样施加围压和轴向压力，后者是针对立方体试样三向独立加载。荷载条件无法反映工程开挖后应力重分布的特征。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种能真实反映岩体破裂后裂隙发育特征的检验隧洞破裂围岩灌浆后阻水效果的试验方法。
[0006]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
[0007]—种检验隧洞破裂围岩灌浆后阻水效果的试验方法，包括以下步骤:
[0008]S1、对试样进行环向加载，使试样上形成裂纹，记录加载过程中的声发射信号；
[0009]S2、对所述试样进行压力灌浆，记录灌浆过程中的声发射信号；
[0010]S3、待灌浆固结后对灌浆体进行渗透试验，记录试验过程中加载端面的渗流量和渗透压力。
[0011]本发明的有益效果是:通过对试样环向加载，在试样中产生裂纹，所形成的裂纹特征(方向、长度、组数等)与隧道(洞)开挖后应力重分布导致的径向应力减小切向应力增大而形成的裂纹特征接近，可以反映现场岩体破裂后裂隙发育的特征。同时试验全程中进行声发射监测，通过试验采集的声发射信号可以分析隧道(洞)工程开挖、灌浆加固及渗水过程中新裂纹的萌生发育与已有裂纹的发展情况。基于不同外水压下的渗透试验记录的渗流量和渗透压力，可以分析灌浆后围岩的渗透系数，与未灌浆围岩的渗透系数进行对比，可确定灌浆对围岩渗透系数的影响，通过对比不同灌浆压力下的裂纹发育情况与灌浆后的渗透系数的变化，可评价灌浆阻水的效果，也可给类似工程提供更加合理的灌浆压力值。
[0012]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0013]进一步，所述步骤SI包括以下步骤:
[0014]S11、将试样前后两个侧面和顶底部两个面密封，保持试样左右两个加载端面不密封，在试样前后两个侧面和顶底部两个面上粘贴声发射探头；
[0015]S12、将试样置于加载装置中，对试样左右两端和前后两个侧面进行预加载；
[0016]S13、按0.01?0.05MPa/s的加载速率均匀对试样左右两端和前后两个侧面进行加载直至给定荷载，然后按0.01?0.05MPa/s的加载速率均匀对试样左右两端继续加载，直至给定荷载，连续采集并记录加载过程中的声发射信号、加载力和位移信息。
[0017]采用上述进一步方案的有益效果是准确模拟隧道(洞)开挖后的应力重分布特征，同时记录该阶段的声发射信号，基于声发射信号声发射测试仪可记录裂纹发育的数量，并且可定位裂纹发育的位置。
[0018]进一步，所述步骤S2具体包括:在荷载状态下，在试样底部中心钻一个小孔，通过该孔进行有压灌浆，灌浆压力< 15MPa，灌浆过程中持续监测声发射信号。
[0019]采用上述进一步方案的有益效果是基于声发射信号记录灌浆过程中裂纹发育的数量，并且可定位裂纹发育的位置，为灌浆压力的确定提供基础数据。
[0020]进一步，所述步骤S3中灌浆体渗透试验具体包括:
[0021]保持所述步骤SI中施加的荷载恒定，等待灌浆固结；
[0022]通过中心孔注水进行不同外水压条件下的渗透试验，试验过程中连续采集声发射信号，同时记录加载端面的渗流量和渗透压力。
[0023]采用上述进一步方案的有益效果是基于声发射信号记录渗透试验过程中裂纹发育的数量，并且可定位裂纹发育的位置，采用渗流力学理论分析记录的渗流量和渗透压力，获取灌浆后围岩的渗透系数。
[0024]进一步，所述步骤SI中对试样进行环向加载，其施加的荷载大小根据现场工况按相似比确定。
[0025]进一步，所述现场工况包括工程现场的岩性、地应力条件及隧洞尺寸。
[0026]采用上述进一步方案的有益效果是所进行的试验与工程现场可以进行类比。
【附图说明】
[0027]图1为本发明环向加载的安装结构示意图；
[0028]图2为本发明各同阶段声发射随时间变化的点线图；
[0029]图3为本发明各阶段声波波速随时间变化的波形图；
[0030]图4为本发明灌浆后灌浆体的渗透率随径向压力变化的波形图；
[0031]图5为本发明步骤流程图。
[0032]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0033]1、前千斤顶，2、试样，3、后密封板，4、前密封板，5、上密封板，6、声发射探头，7、小孔。
【具体实施方式】
[0034]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0035]实施例1，如图1-4所示，一种检验隧洞破裂围岩灌浆后阻水效果的试验方法，包括以下步骤:
[0036]S1、对试样2进行环向加载，使试样上形成裂纹，记录加载过程中的声发射信号；
[0037]S2、对所述试样进行压力灌浆，记录灌浆过程中的声发射信号；
[0038]S3、待灌浆固结后对灌浆体进行渗透试验，记录试验过程中加载端面的渗流量和渗透压力。
[0039 ]实施例2，在实施例1的基础上，本发明所述步骤SI包括以下步骤:
[0040]S11、将试样2前后两个侧面分别通过前密封板4和后密封板3进行密封，试样2的顶部通过上密封板5密封，底部通过下密封板密封，保持试样左右两个加载端面不密封，在试样前后两个侧面和顶底部两个面上粘贴声发射探头6;
[0041]S12、将试样置于加载装置中，对试样左右两端和前后两个侧面进行预加载；
[0042]S13、按0.02MPa/s的加载速率均匀对试样左右两端和前后两个侧面进行加载直至给定荷载，然后按0.02MPa/s的加载速率均匀对试样左右两端继续加载，直至给定荷载，连续采集并记录加载过程中的声发射信号、声波信号、加载力和位移信息。
[0043]所述步骤S2具体包括:在荷载状态下，在试样底部中心钻一个小孔7，通过该孔进行有压灌浆，灌浆压力< 15MPa，灌浆过程中持续监测声发射信号。
[0044]所述步骤S3中灌浆体渗透试验具体包括:
[0045]保持所述步骤SI中施加的荷载恒定，等待灌浆固结；
[0046]通过中心孔注水进行不同外水压条件下的渗透试验，试验过程中连续采集声发射信号，同时记录两加载端面的渗流量和渗透压力。
[0047]所述步骤SI中对试样进行环向加载，其施加的荷载大小根据现场工况按相似比确定。
[0048]所述现场工况包括工程现场的岩性、地应力条件及隧洞尺寸。
[0049]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种检验隧洞破裂围岩灌浆后阻水效果的试验方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、对试样进行环向加载，使试样上形成裂纹，记录加载过程中的声发射信号； 52、对所述试样进行压力灌浆，记录灌浆过程中的声发射信号； 53、待灌浆固结后对灌浆体进行渗透试验，记录试验过程中加载端面的渗流量和渗透压力。2.根据权利要求1所述一种检验隧洞破裂围岩灌浆后阻水效果的试验方法，其特征在于，所述步骤SI具体包括以下步骤: 511、将试样前后两个侧面和顶底部两个面密封，保持试样左右两个加载端面不密封，在试样前后两个侧面和顶底部两个面上粘贴声发射探头； 512、将试样置于加载装置中，对试样左右两端和前后两个侧面进行预加载； 513、按0.0l?0.05MPa/s的加载速率均匀对试样左右两端和前后两个侧面进行加载直至给定荷载，然后按0.01?0.05MPa/s的加载速率均勾对试样左右两端继续加载，直至给定荷载，连续采集并记录加载过程中的声发射信号、加载力和位移信息。3.根据权利要求1所述一种检验隧洞破裂围岩灌浆后阻水效果的试验方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括:在荷载状态下，在试样底部中心钻一个小孔，通过该孔进行有压灌浆，灌浆过程中持续监测声发射信号。4.根据权利要求3所述一种检验隧洞破裂围岩灌浆后阻水效果的试验方法，其特征在于，所述有压灌浆的灌浆压力小于15MPa。5.根据权利要求3所述一种检验隧洞破裂围岩灌浆后阻水效果的试验方法，其特征在于，所述步骤S3中灌浆体渗透试验具体包括: 531、保持所述步骤SI中施加的荷载恒定，等待灌浆固结； 532、通过所述小孔注水，进行不同外水压条件下的渗透试验，试验过程中连续采集声发射信号，同时记录两加载端面的渗流量和渗透压力。6.根据权利要求1至5任一项所述一种检验隧洞破裂围岩灌浆后阻水效果的试验方法，其特征在于，所述步骤SI中对试样进行环向加载，其施加的荷载大小根据现场工况按相似比确定。7.根据权利要求6所述一种检验隧洞破裂围岩灌浆后阻水效果的试验方法，其特征在于，所述现场工况包括工程现场的岩性、地应力条件及隧洞尺寸。
【文档编号】G01N15/08GK105928853SQ201610229934
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】张传庆, 崔国建, 高阳, 周辉, 杨凡杰
【申请人】中国科学院武汉岩土力学研究所