弱胶结岩体定向劈裂注浆试验系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种岩土试验装置，尤其是一种弱胶结岩体定向劈裂注浆试验系统。
【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。
[0003]注浆加固体力学性质的改善程度及加固体破坏特征等方面是目前研究的重点，采用现场测试和室内模拟试验开展研究。目前科研人员多从注浆加固体钻取试件，测试注浆加固体试件的单轴抗压强度及其抗渗性能(例如:CN201420249972);研究表明，注浆加固体力学性质具有显著的结构效应。究其原因是由于浆脉在加固体中非均匀分布造成的，即浆脉-被注岩体界面力学特征控制了加固体的力学行为，因此亟需开展浆-岩界面力学特征的研究。浆-岩界面力学性质研究的技术和方法尚不成熟，缺少相关的试验装置和试验方法，难以确定加固体浆-岩界面力学及形貌特征。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种弱胶结岩体定向劈裂注浆试验系统，该系统结构简单，操作方便，能够确定加固体浆-岩界面力学及形貌特征。
[0005]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0006]—种弱胶结岩体定向劈裂注浆试验系统，包括若干平行竖直设置的紧固螺杆，紧固螺杆上由上至下依次平行安装有第一加固-脱模板装置、第二加固-脱模板装置和承载板，第一加固-脱模板装置和第二加固-脱模板装置之间形成的上部空间中设置有加固试验筒，且加固试验筒上、下端与第一加固-脱模板装置和第二加固-脱模板装置之间均采用密封结构，第二加固-脱模板装置和承载板之间形成的下部空间中设置有加固体脱模装置；
[0007]所述第一加固-脱模板装置包括上下设置的第一加固板和第一脱模板，第一加固板的中心处设置有与所述上部空间相通的注浆孔，注浆孔通过快速接头与注浆设备连接；第一脱模板为环形，其下表面沿内环边缘有一个与加固试验筒上端相匹配的第一环形槽；
[0008]所述第二加固-脱模板装置包括上下设置的第二脱模板和第二加固板，第二脱模板为环形，其上表面沿内环边缘有一个与加固试验筒下端相匹配的第二环形槽；
[0009]所述加固体脱模装置包括千斤顶和托盘，千斤顶底部安装于承载板上部中心位置，千斤顶的液压杆前端与托盘底部中心固定安装。
[0010]所述第一加固板、第一脱模板、第二脱模板、第二加固板和承载板均为圆盘形。
[0011]所述第一加固板与第一脱模板之间安放有第一橡胶密封圈，能够使两者之间紧密接触，避免所述的上部空间与整体装置的外部空间连通。
[0012]所述第一加固板上均匀设置有若干个与紧固螺杆匹配且能使其穿过的第一控位孔。
[0013]所述第一脱模板上均匀设置有若干个与紧固螺杆匹配且能使其穿过的第二控位孔，第一脱模板侧面上设置于与第二控位孔垂直且相通的第一固定孔，高强螺栓旋入第一固定孔顶在紧固螺杆上，使第一脱模固定安装在紧固螺杆上。
[0014]所述第一环形槽内与加固试验筒上端之间设置有第一橡胶密封垫，使加固试验筒上端与环形槽密封，避免施工时加固试验筒内介质渗漏。
[0015]所述第二加固板与第二脱模板之间安放有第二橡胶密封圈，能够使两者之间紧密接触，避免所述的上部空间与整体装置的外部空间连通。
[0016]所述第二加固板的外缘焊接同等厚度的若干个均匀分布的耳槽，耳槽中部开设有能使紧固螺杆穿过的滑移槽。
[0017]所述滑移槽的中心线与第二加固板边缘为同心圆，便于将紧固螺杆卡在滑移槽中。
[0018]所述第二脱模板上均匀设置有若干个与紧固螺杆匹配且能使其穿过的第三控位孔，第二脱模板侧面上设置于与第三控位孔垂直且相通的第二固定孔，高强螺栓旋入第二固定孔顶在紧固螺杆上，使第二脱模板固定安装在紧固螺杆上。
[0019]所述第二环形槽内与加固试验筒下端之间设置有第二橡胶密封垫，使加固试验筒上端与环形槽密封，避免施工时加固试验筒内介质渗漏。
[0020]所述加固试验筒为上下开口的圆筒，方便介质的输入、成形，以及圆筒的提取。
[0021]所述承载板圆周上钻有若干均匀分布的与紧固螺杆匹配且能使其穿过的第四控位孔，承载板圆心处钻设有第三固定孔，第三固定孔通过固定螺栓与千斤顶固定连接。
[0022]所述托盘为圆盘状，其底面圆形位置钻设有与千斤顶液压杆相连的连接孔。
[0023]一种利用弱胶结岩体定向劈裂注浆试验系统进行弱胶结岩体加固体浆-岩界面特征试验方法，包括以下步骤:
[0024](I)被注岩体基本物理性质测试:根据地下工程弱胶结岩体条件，进行土工试验测试岩体基本水力学性质；
[0025](2)试验系统组装:通过紧固螺杆固定承载板及第二加固-脱模板装置，承载板及第二加固-脱模板装置之间留有空间以安置加固体脱模装置;第二加固板与第二脱模板间放置第二橡胶密封垫，将第二橡胶密封圈以及加固试验筒依次安放在第二环形槽中；将弱胶结岩土体材料按设计填筑入加固试验筒，并在岩土体内预留垂向结构面;材料充填完毕并预制结构面后，通过高强螺栓固定第一脱模板及第二脱模板位置，并由紧固螺栓固定第一加固-脱模板装置与第二加固-脱模板装置；
[0026](3)开展定向劈裂注浆试验:连接注浆装置，控制注浆压力机注浆速率，则浆液主要沿着预制结构面诱导方向发生控向劈裂扩散，形成平整的浆脉；
[0027](4)注浆加固体脱模:浆液达到初凝后，拆卸移除第一加固板及第二加固板;将千斤顶固定在承载板上，调整千斤顶高度，使其上的托盘刚好位于第二脱模板的正下方;就绪后，启动千斤顶，使加固体缓慢脱离加固试验筒；
[0028](5)浆-岩界面特征测试试件取样:将加固体小心分割、加工，选取浆脉平直位置，利用环刀在浆脉-岩土体界面处取样，并确保岩土体部分和浆脉凝胶体部分厚度相同，获得样品用于进行界面力学性能测试;同时在浆脉-岩土体界面处获得观测面平整的试样，获得试样进行界面形貌特征测试；
[0029](6)样品养护:力学特征测试样品在室内自然通风条件下分别养护7d、14d、21d及28d，然后进行直剪试验，测定不同注浆条件、不同养护时间情况下浆-岩界面力学特征;形貌特征测试样品放在真空干燥箱内烘干24h，使样品达到充分干燥状态后，进行扫描电子显微镜测试；
[0030](7)室内实验及成果分析:将养护好的样品分别利用应变控制直剪仪及扫描电子显微镜对分别进行测试，并整理、分析实验成果。
[0031]本发明的有益效果为:
[0032]1、加固体如何完整、快速地从试验装置中脱离是注浆试验的一个难题，科研人员往往需要在试验结束后，借助电动脱模器使加固体脱离。这种方法增加了试验工序和成本，且注浆加固装置需要按照脱模器尺寸(直径一般小于175mm)加工，难以实现大直径加固装置的加工。本发明可根据需要加工任意尺寸的弱胶结岩体注浆加固装置，且实现了加固试验-脱模的一体化操作。
[0033]2、本发明设计的注浆加固试验装置采用高强螺栓、加固-脱模板，并配合使用密封垫圈，试验装置密封性好，可靠性高，能够实现注浆压力大于5MPa的高压注浆试验。此外，通过预制诱导结构面的方法，能够使浆液沿预定的方向发生劈裂扩散，为浆-岩界面样品的制作奠定基础。
[0034]3、本发明公布的浆-岩界面力学试样获取方法，实现了界面样品的高效制作，能够人为产生一系列的试验样品，为不同注浆压力下界面力学特征试验的研究提供了技术支撑。
[0035]4、本发明实现了更为全面的浆-岩界面特征的研究，S卩加固体浆-岩界面力学及形貌特征样品的取样及测试工作，为注浆加固理论的研究提供了有力支撑。
【附图说明】
[0036I图1是本发明结构示意图；
[0037]图2是本发明1#加固板俯视图；
[0038]图3是本发明1#脱模板俯视图；
[0039]图4是本发明2#加固板俯视图；
[0040]图5是本发明2#脱模板俯视图；
[0041 ]图6是本发明承载板俯视图；
[0042]图7是本发明定向劈裂注浆试验方法示意图；
[0043 ]其中，1-1:1 #加固板，1-2:1 #脱模板，1-3:矿用快速接头，1-4:控位孔I，I _5:控位孔Π，1-6:固定孔I，1-7:橡胶密封圈I，1-8:橡胶密封垫I，1-9:注浆孔，1-10:环形槽I，2-1:2#加固板，2-2: 2#脱模板，2-3:滑移槽，2-4:控位孔ΙΠ，2_5:固定孔Π，2_6:橡胶密封圈Π，2-7:橡胶密封垫Π，2-8:环形槽Π，2-9:耳槽，3-1:承压板，3_2:固定孔ΙΠ，3-3:控位孔IV，4-1:手动液压千斤顶，4-2:托盘，4-3:连接孔，4-4:固定螺栓，5:紧固螺杆，6:加固试验腔，7-1:注浆设备，7-2:注浆管，7-3:预制结构面，7-4:胶结岩土体材料。
【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]如图1、图2所示，1#加固板(第一加固板)1-1由高型号钢材料加工成Φ250*10πιπι(即直径250mm，高10mm)圆盘，圆心处钻设Φ 20mm注楽孔1-9，固定矿用快速接头1_3，连接注浆设备7-1; 1#加固板1-1在Φ 210mm圆周上钻有3个均匀分布的Φ 20mm控位孔I (第一控位孔)1_4，使紧固螺杆5穿过。
[0046]如图1、图3所示，1#脱模板(第一脱模板)1-2由高型号钢材料加工成Φ250*150*20mm(即外圆直径250mm，内圆直径150mm，高20mm