一种开挖扰动裂隙检测装置及其检测方法与流程

本发明涉及岩石损伤检测，特别是涉及一种开挖扰动裂隙检测装置及其检测方法。

背景技术：

1、在油气等能源的地下储库及放射性废物地质处置库的建设过程中，由于开挖方法或开挖后的应力扰动的影响，会引起近硐壁围岩内部产生新生裂纹或原生裂纹的扩展，进一步导致围岩渗透率的提高，影响地下储库的密封性和安全性，为放射性核素的迁移提供潜在的通道。因此，识别围岩开挖损伤区内的裂隙，圈定损伤区的范围，量化损伤程度对地下工程十分重要。不同开挖方法(钻爆法、机械法)引起的围岩损伤特征不同。其中机械破岩法形成的损伤区主要聚集在开挖面很小的范围内，裂纹细小，肉眼无法辨识。目前开挖扰动裂隙的室内识别方法主要包括荧光法、电镜扫描法和ct扫描法。然而，ct扫描法虽然是无损检测，但该方法对岩石样品的尺寸要求较高，观测区域有限，且费用较高。传统荧光法和电镜扫描法是有损检测，在岩样切割的过程中，可能导致岩样内部新生裂纹的产生，或原开挖扰动裂纹的进一步扩展，对开挖扰动裂隙的识别和评价造成干扰。因此，研发一种开挖扰动裂隙的识别和评价方法，是硐室围岩损伤程度评价的重要手段，对上述地下工程具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种开挖扰动裂隙检测装置及其检测方法，以解决上述现有技术存在的问题，整个装置的结构简单且灵活性强，能够有效检测机械法开挖引起地下硐室围岩裂隙扩展范围，以得到开挖扰动损伤分布特征。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种开挖扰动裂隙检测装置，包括渗透试验腔及位于所述渗透试验腔外侧的围压加载组件、渗透压加载组件和负压抽气组件；

3、所述渗透试验腔内设有待测试样，所述待测试样的顶端和底端分别对接有上压块和下压块，所述待测试样的外周侧套接有柔性套管，所述柔性套管的两端分别密封套紧在所述上压块和所述下压块上；

4、所述围压加载组件与所述渗透试验腔相连通，并对所述渗透试验腔内通入有对所述柔性套管施加围压的液压油；

5、所述渗透压加载组件包括荧光显像液供给机构及与其相连通的荧光显像液供给管路，所述荧光显像液供给管路依次密封穿过所述渗透试验腔及所述下压块，并与所述待测试样的底端面处相连通；

6、所述负压抽气组件包括负压抽气机构及与其相连通的负压抽气管路，所述负压抽气管路依次穿过所述渗透试验腔及所述上压块，并与所述待测试样的顶端面相连通。

7、优选的，所述待测试样包括均呈圆柱状结构且竖向放置的岩样，所述岩样上靠近硐壁且含开挖扰动裂隙较多的端面朝下设置。

8、优选的，所述待测试样还包括径向截面与所述岩样相匹配的水泥块，所述水泥块同轴对接在所述岩样的底端面上，所述水泥块内阵列有多个供荧光渗透液通过的通道，各所述通道沿所述水泥块轴线方向贯穿所述水泥块。

9、优选的，所述上压块和所述下压块均呈与所述岩样径向截面匹配的圆柱形结构。

10、优选的，所述柔性套管分别对应所述上压块和所述下压块的位置处均套接有喉箍，各所述喉箍分别将所述柔性套管的两端箍紧在对应的所述上压块和所述下压块上。

11、优选的，所述围压加载组件包括油箱及连通在所述油箱和所述渗透试验腔之间的围压加载管路，所述油箱储存有液压油，所述围压加载管路上设有将所述液压油泵入所述渗透试验腔内的液压油泵，且所述液压油泵上设有检测泵入压力的第一压力表。

12、优选的，所述荧光显像液供给机构包括连通在所述荧光显像液供给管路入口处的荧光显像液储存机构，且所述荧光显像液供给管路上设有将荧光显像液泵入所述待测试样的渗透压泵。

13、优选的，位于所述渗透试验腔与所述负压抽气机构之间的所述负压抽气管路上旁通有容器。

14、进一步的，还提供一种开挖扰动裂隙检测装置的检测方法，包括如下步骤：

15、检测前准备：制备待测试样，并将其与下压块、上压块、柔性套管和喉箍连接后，装入渗透试验腔中；

16、施加围压：打开液压油泵，将油箱中的液压油注入渗透试验腔中，为所述待测试样施加所需的围压；

17、通入荧光显像液：打开渗透压泵，将荧光显像液注入所述待测试样的底端面，并为所述待测试样提供一定的渗透压；

18、抽真空：打开抽真空负压泵，在所述待测试样的顶端进行抽气，加快所述荧光显像液由所述待测试样的底端面向其顶端面渗透；

19、停止渗透：当有所述荧光显像液由所述待测试样的顶端面流出，进入容器中时，停止荧光渗透检测工作，如果超过24小时仍未有所述荧光显像液流出，也停止渗透检测工作；

20、取出试样：关闭所述真空负压泵，使所述待测试样顶端面的气压与大气压相同；通过所述渗透压泵降低渗透压力直至为0；通过所述液压油泵降低围压直至为0，并将所述渗透试验腔中的所述液压油抽出至所述油箱中；打开渗透试验腔，取出所述待测试样；

21、显像检测：将所述待测试样中的岩样与水泥块分离，对所述岩样内部的裂隙进行显像。

22、优选的，在显像检测步骤中：

23、沿轴线方向上切割所述岩样，将所述岩样分割成多个所需厚度的岩片；

24、使用紫光灯照射所述岩片，并使用电子显微镜拍摄各所述岩片的切割面，将单个所述切割面的多张照片拼接为一张照片；

25、使用所需软件，将所述切割面的照片导入所述软件中，并根据所述电子显微镜拍照时的分辨率设置所述软件的相关参数，通过所述软件测量所述切割面中每条裂隙的长度、宽度、裂隙向岩体内部扩展的深度，以及与围岩硐壁的夹角。

26、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

27、整个装置的结构简单且灵活性强，能够有效检测机械法开挖引起地下硐室围岩裂隙扩展范围，以得到开挖扰动损伤分布特征，其结果能够为机械法开挖施工参数的选择提供依据，为地下工程施工提供了有效的理论支持。

技术特征：

1.一种开挖扰动裂隙检测装置，其特征在于，包括渗透试验腔及位于所述渗透试验腔外侧的围压加载组件、渗透压加载组件和负压抽气组件；

2.根据权利要求1所述的开挖扰动裂隙检测装置，其特征在于，所述待测试样包括均呈圆柱状结构且竖向放置的岩样，所述岩样上靠近硐壁且含开挖扰动裂隙较多的端面朝下设置。

3.根据权利要求2所述的开挖扰动裂隙检测装置，其特征在于，所述待测试样还包括径向截面与所述岩样相匹配的水泥块，所述水泥块同轴对接在所述岩样的底端面上，所述水泥块内阵列有多个供荧光渗透液通过的通道，各所述通道沿所述水泥块轴线方向贯穿所述水泥块。

4.根据权利要求2或3所述的开挖扰动裂隙检测装置，其特征在于，所述上压块和所述下压块均呈与所述岩样径向截面匹配的圆柱形结构。

5.根据权利要求4所述的开挖扰动裂隙检测装置，其特征在于，所述柔性套管分别对应所述上压块和所述下压块的位置处均套接有喉箍，各所述喉箍分别将所述柔性套管的两端箍紧在对应的所述上压块和所述下压块上。

6.根据权利要求5所述的开挖扰动裂隙检测装置，其特征在于，所述围压加载组件包括油箱及连通在所述油箱和所述渗透试验腔之间的围压加载管路，所述油箱储存有液压油，所述围压加载管路上设有将所述液压油泵入所述渗透试验腔内的液压油泵，且所述液压油泵上设有检测泵入压力的第一压力表。

7.根据权利要求6所述的开挖扰动裂隙检测装置，其特征在于，所述荧光显像液供给机构包括连通在所述荧光显像液供给管路入口处的荧光显像液储存机构，且所述荧光显像液供给管路上设有将荧光显像液泵入所述待测试样的渗透压泵。

8.根据权利要求7所述的开挖扰动裂隙检测装置，其特征在于，位于所述渗透试验腔与所述负压抽气机构之间的所述负压抽气管路上旁通有容器。

9.一种应用如权利要求1至8任一项所述的开挖扰动裂隙检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于，在显像检测步骤中：

技术总结
本发明公开的一种开挖扰动裂隙检测装置及其检测方法，待测试样的外周侧套接有柔性套管，柔性套管的两端分别密封套紧在上压块和下压块上；围压加载组件与渗透试验腔相连通，并对渗透试验腔内通入有对柔性套管施加围压的液压油；渗透压加载组件包括荧光显像液供给机构及与其相连通的荧光显像液供给管路，荧光显像液供给管路依次密封穿过渗透试验腔及下压块，并与待测试样的底端面处相连通；负压抽气组件包括负压抽气机构及与其相连通的负压抽气管路，负压抽气管路依次穿过渗透试验腔及上压块，并与待测试样的顶端面相连通，整个装置的结构简单且灵活性强，能够有效检测机械法开挖引起地下硐室围岩裂隙扩展范围，以得到开挖扰动损伤分布特征。

技术研发人员：王春萍,马洪素,谢敬礼,刘健,陈亮,刘建锋
受保护的技术使用者：核工业北京地质研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/7/11