一种基于多场耦合的岩石注浆试验装置

1.本实用新型涉及岩石力学技术领域，具体涉及一种基于多场耦合的岩石注浆试验装置。


背景技术：

2.多裂隙岩体作为地下采矿工程中常见的地质体，由于在整个地质历史进程中地质体所受到的地质作用不均衡，经过裂缝孕育、扩展、再胶结、再扩展等复杂的地质过程，地质体呈现多块体结构形成多裂隙岩体，多裂隙岩体的稳定性评价，对于深部地层水灾害机理研究及安全治理具有重要意义。
3.利用岩石注浆试验可以对多裂隙岩体的胶结过程进行模拟，探究多裂隙岩体的动力响应过程，由于地层中地下水、地应力、注浆浆液类型和温度场变化均会影响多裂隙岩体的力学特征，且地下水、地应力、注浆浆液类型和温度场之间相互作用，使得多裂隙岩体中渗流场、应力场、溶质运移场等多场耦合。因此，亟需提出一种基于多场耦合的岩石注浆试验装置，通过模拟得到不同温度时岩体在三向应力和渗流耦合作用下的破坏情况以及岩体在注浆后的阻水特性，从而为确定注浆后岩体强度的变化提供依据，有利于指导岩体的注浆加固作业。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种基于多场耦合的岩石注浆试验装置，通过在不同温度条件下对岩芯试件进行真三轴应力渗流耦合实验，实现了对温度-应力-水力耦合作用下岩石注浆过程的真实还原，为确定注浆后岩体的强度变化以及注浆效果提供了依据，有利于指导岩体的注浆加固作业。
5.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种基于多场耦合的岩石注浆试验装置，包括试验盒、控制器、注浆模块和注液模块；
7.所述试验盒设置呈箱式框架结构，外部套设有保温套，试验盒的顶面和前、后、左、右四个侧面对应设置有上压头、前压头、后压头、左压头和右压头，底面设置有下压头，上压头、下压头、前压头、后压头、左压头和右压头所围成的空腔内固定有岩芯试件，岩芯试件内设置有应力传感器，上压头、下压头、前压头、后压头、左压头和右压头的底部均设置有加热模块，上压头、前压头、后压头、左压头和右压头中均设置有注浆孔，各注浆孔分别通过注浆管道与注浆模块相连接，注浆管道上设置有控制阀，下压头中设置有注液孔，注液孔通过注液管道与注液模块相连接；
8.所述注浆模块、注液模块、加热模块和应力传感器分别与控制器相连接。
9.优选地，所述上压头、下压头、前压头、后压头、左压头和右压头分别活动连接于试验盒上。
10.优选地，所述注浆模块包括浆液储罐和注浆增压泵，注液模块包括储水罐和注液
增压泵。
11.优选地，所述加热模块的加热温度大于150℃，加热模块内设置有多个电加热主管和电加热辅管，各电加热主管之间呈平行设置，电加热主管和电加热辅管呈一体化结构。
12.优选地，所述电加热辅管设置为异形管。
13.本实用新型所带来的有益技术效果：
14.本实用新型提出了一种基于多场耦合的岩石注浆试验装置，该装置不仅实现了对岩体所处地层环境的室内模拟，还通过对岩芯试件施加围压、轴压三向应力，配合施加水压渗流，实现了对岩体结构面的温度-三向应力-渗流耦合，模拟了破碎岩体的注浆过程，真实反映了岩体在温度、三向应力和渗流耦合作用下的破坏情况以及岩体在注浆后的阻水特性，为准确评价注浆后的岩体强度提供了依据。
附图说明
15.图1为本实用新型一种基于多场耦合的岩石注浆试验装置的结构示意图。
16.图2为本实用新型试验盒的主视图。
17.图3为本实用新型试验盒的俯视图。
18.图4为本实用新型试验盒沿c-c的剖面图。
19.图5为本实用新型加热模块的结构示意图。
20.图中，1、控制器，2、试验盒，3、注浆增压泵，4、浆液储罐，5、注液增压泵，6、储水罐，7、上压头，8、下压头，9、左压头，10、右压头，11、前压头，12、后压头，13、保温套，14、岩芯试件，15、电加热主管，16、电加热辅管。
具体实施方式
21.下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细描述。
22.本实用新型一种基于多场耦合的岩石注浆试验装置，如图1所示，包括试验盒2、控制器1、注浆模块和注液模块。
23.所述试验盒2设置呈箱式框架结构，如图2至图4所示，试验盒2的外部套设有保温套13，保温套13采用保温材料制成，用于防止试验盒内环境温度的降低；试验盒2的顶面和前、后、左、右四个侧面对应设置有上压头7、前压头11、后压头12、左压头9和右压头10，上压头7、下压头8、前压头11、后压头12、左压头9和右压头10所围成的空腔内固定有岩芯试件14，岩芯试件14内设置有应力传感器，其中，上压头7用于为岩芯试件施加轴压，下压头8用于为岩芯试件施加水压，前压头11、后压头12、左压头9和右压头10用于为岩芯试件施加围压。上压头7、前压头11、后压头12、左压头9和右压头10中均设置有用于向岩芯试件中注浆的注浆孔，各注浆孔分别通过注浆管道依次与注浆模块的注浆增压泵3和浆液储罐4相连接，注浆管道上设置有控制阀，用于控制各压头中浆液的注入，下压头8中设置有用于向岩芯试件中注水的注液孔，注液孔通过注液管道依次与注液模块的注液增压泵5和储水罐6相连接。
24.所述上压头7、下压头8、前压头11、后压头12、左压头9和右压头10的底部均设置有加热模块，如图5所示，加热模块的加热温度大于150℃，内部设置有多个平行设置的电加热主管15和电加热辅管16，电加热主管15和电加热辅管16之间为一体化结构。
25.所述控制器1分别与注浆模块、注液模块、加热模块和应力传感器相连接，用于控制注浆模块、注液模块和加热模块以及获取应力传感器的测量结果。
26.本实用新型提出的一种基于多场耦合的岩石注浆试验装置，其具体工作过程包括如下步骤：
27.步骤1，制备岩芯试件14，本实施例中岩芯试件14的长度和宽度均为150mm、高度为300mm，将岩芯试件14在水中浸泡至饱和状态后，将岩芯试件置于由上压头7、下压头8、左压头9、右压头10、前压头11和后压头12所围成的空腔内，上压头7、下压头8、左压头9、右压头10、前压头11和后压头12均与岩芯试件相紧贴。
28.步骤2，根据地层资料设置模拟地层温度、围压预设值、水压预设值和轴压预设值，利用控制器控制加热模块的加热温度，各压头对岩芯试件进行加热，使得岩芯试件的温度达到模拟地层温度。
29.步骤3，利用左压头9、右压头10、前压头11和后压头12挤压岩芯试件，向岩芯试件施加围压，当施加的围压值达到围压预设值时，利用控制器1控制注液模块开启，水流经下压头进入试验盒内向岩芯试件施加水压，当施加的水压值达到水压预设值时，保持水压值恒定，利用上压头和下压头挤压岩芯试件，向岩芯试件施加轴压，当施加的轴压值达到轴压预设值时，通过应力传感器监测模拟地层温度条件下三向应力和渗流耦合作用下岩芯试件的破坏情况；
30.步骤4，待岩芯试件破坏后，保持施加的围压、轴压和水压恒定，利用控制器控制注浆模块开启，浆液分别经上压头7、左压头9、右压头10、前压头11和后压头12注入被破坏的岩芯试件中，模拟岩体的注浆过程。
31.步骤5，待注入岩芯试件中的浆液凝固后，利用控制器1控制注浆模块停止向岩芯试件内注入浆液，调节下压头向岩芯试件施加的水压，通过应力传感器监测注浆后岩芯试件的阻水特性。
32.步骤6，将下压头8向岩芯试件施加的水压保持恒定，同时保持前压头11、后压头12、左压头9和右压头10向岩芯试件施加的围压恒定，改变上压头7向岩芯试件施加的轴压，根据应力传感器的测量结果确定岩芯试件的强度，模拟水压和围压作用恒定、轴压作用变化下注浆后岩芯试件的强度变化，对注浆后岩芯试件的强度进行定量分析，为准确确定注浆后岩体的强度以及注浆效果提供了依据。
33.在本实用新型描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
34.当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。