軟弱破碎巖體注漿加固效能三維空間數據采集方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種巖土試驗數據采集技術，尤其是一種室內注漿試驗中軟弱破碎巖體注漿加固效能三維空間數據采集方法。
【背景技術】
[0002]礦山、隧道等地下工程建設中，經常發生圍巖變形大、涌水量大等問題，甚至會發生突水突泥災害，造成巨大的人員財產損失。注漿作為一種加固軟弱圍巖、治理水害的一種有效手段在地下工程災害治理中得到了越來越廣泛的應用。目前注漿試驗的數據提取除土壓力、滲透壓力及位移等數據監測外，注漿效果檢驗有兩種途徑，一是將混合后的注漿加固體固化前充填到小模具中，測試力學強度和水力學參數，這種方法的缺點是不能體現出漿液擴散的各向異性，也不能獲取劈裂漿脈的擴散規律的信息；二是利用人工堆砌的試驗臺上開展試驗，試驗后在局部位置取樣測試力學與水力學參數，或是通過簡單開挖以觀察漿脈形態，難以兼顧注漿效果檢驗與漿脈空間形態判識，造成注漿模型試驗有效數據的大量丟失。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種軟弱破碎巖體注漿加固效能三維空間數據采集方法，該方法完善了注漿試驗數據提取與分析方法，提高了注漿試驗質量與科學性。
[0004]為實現上述目的，本發明采用下述技術方案:
[0005]—種軟弱破碎巖體注漿加固效能三維空間數據采集方法，包括以下步驟:
[0006]1.多序次高識別度注漿模型試驗實施；
[0007]根據試驗目的，利用三維注漿系統開展多序次注漿試驗，并滿足注漿材料及漿液凝膠體識別度高的需求。
[0008]進一步地，所述的注漿模型試驗，包括:
[0009](I)注漿模型試驗方案制定:根據實驗目的，制定多序次注漿模型試驗方案，確定試驗鉆孔數量或加工注漿鉆孔結構。
[0010](2)多序次注漿裝置制作:利用鋁片制作注漿阻隔器，利用PVC管制作單孔多序注漿裝置。
[0011](3)分序注漿材料配制:采用不影響漿液性能的氧化鐵類顏料添加到水泥漿漿液中，使漿液及漿液凝膠體體現不同的顏色，以區分不同序次漿材。根據先期試驗比對分析，采用的氧化鐵類顏料包括氧化鐵藍、氧化鐵橙、氧化鐵黑、氧化鐵棕、氧化鐵綠、氧化鐵黃、氧化鐵紅，當添加劑質量與干水泥質量比值分別達到2.3、2.7、1.5、2.0、1.5、1.5、1.5時，可使水泥漿液凝膠后呈現明顯的藍色、橙色、黑色、棕紅色、綠色、黃色及暗紅色，此外，此類方法亦可用于水泥-水玻璃雙液漿中。
[0012](4)注漿過程控制:通過控制注漿終壓和注漿速率進行注漿過程控制，以保障注漿效果和注漿安全。
[0013]2.觀察測線布置與量測剖面揭露，包括:
[0014](I)觀察測線方向、數量和測線間距的確定
[0015]注漿試驗完成后，加固體養護時間達到24h后，打開多序次注漿裝置，布置縱向觀測線，觀測線宜平行注漿鉆孔連線布置。根據研究精度確定測線間距，一般取50?100mm。測線定好后，在試驗平臺上標定位置和序號，防止錯亂。
[0016](2)觀測剖面揭露方法
[0017]首先利用切割機沿著測線開槽，其后借助電鋸、鏟子等工具開挖，切出上部剖面或全部剖面。剖面揭露后，將木尺放置在模型試驗臺上，下表面作為基準O線;木尺平行觀測剖面安放，且一側面與觀測剖面平齊;該側面上加工有標記點，按照1、2、3等的順序編號;標記點之間的間距50_，根據具體情況適當增大或減小。
[0018]3.漿液凝膠體特征量測記錄及室內實驗樣品獲取
[0019](I)觀測剖面數據量測與記錄
[0020]確定坐標系及方向:按照注漿試驗設計，選取合適的笛卡爾三維坐標系，一般選擇主注漿口為坐標原點，平行觀測線且沿觀測方向定為X軸正方向，水平面內垂直X軸為y軸，觀測剖面內垂直X軸為z軸。
[0021]每個觀測剖面切割前，將標尺I號點與觀測剖面起始點重合，根據注漿系統頂面與主注楽口的相對位置確定標尺上每個標記點的三維坐標，作詳細記錄。
[0022]從標記點處引出鉛垂線，初步確定鉛垂線經過的漿脈形態、與其他漿脈的交錯關系。然后利用鋼尺貼合觀測剖面垂直標尺放置，自上而下依次記錄鉛垂線經過的漿脈信息，包括自標尺起始，漿脈頂、底面深度，漿脈的顏色，是否與其他漿脈相交等信息;將這些資料詳細記錄下來，形成原始數據。
[0023]利用方格紙按照1:10或1:5的比例尺完成漿脈分布的素描圖，利用不同顏色的蠟筆描繪漿脈形態。
[0024](2)室內土力學及水力學實驗樣品獲取
[0025]從切割下來的加固體內獲取樣品，利用環刀切取即可，滿足剪切試驗和滲透性試驗要求
[0026]4.加固體特征三維分布形態描繪，包括:
[0027](I)選取合適的處理手段使數據電子化處理
[0028]利用excel等數據處理工具，將獲得的數據進行處理，轉化為三維空間坐標，以此確定漿脈厚度、坐標、注漿序次以及與漿脈與其他漿脈的切割組合關系。
[0029](2)利用繪圖軟件繪制漿脈三維空間展布圖
[0030]利用相關軟件繪制漿脈的三維空間分布形態，分析漿脈擴散規律和漿脈劈裂次序，為注漿擴散機理分析提出支撐
[0031]5.室內土力學與水力學實驗
[0032](I)室內土力學實驗:利用ZJ-4型應變控制直剪儀開展直剪試驗，測試環刀獲取的土力學試件的抗剪強度，對比分析不同位置試件的抗剪強度;直剪試驗是公知技術，不再贅述。
[0033](2)室內水力學實驗:利用TST-55 土壤滲透儀開展加固體滲透試驗，測試環刀獲取的水力學試驗樣品的滲透系數，對比分析不同位置試件的滲透系數。滲透試驗是公知技術，不再贅述。
[0034]6.注漿擴散機制與注漿加固模式分析
[0035](I)注漿擴散機制分析，觀察漿液凝膠體形態，確定擴散方式:若凝膠體呈局部點狀分布，則漿液發生滲透擴散;若凝膠體形態為不規則球形、橢球形等塊體形狀，則漿液發生壓密擴散;若凝膠體形態為相連接主干脈-分漿脈的系統，則漿液發生劈裂擴散。根據漿液擴散形式進行注漿擴散過程的力學機制分析；
[0036](2)歸納總結注漿加固模式，根據漿液主導擴散形式劃分注漿加固模式類型。若研究范圍漿液主要為滲透擴散，則劃分為滲透型加固模式;若研究范圍漿液主要為壓密擴散，則劃分為壓密型加固模式;若研究范圍漿液主要為劈裂擴散，則劃分為劈裂型加固模式;若研究范圍漿液主要為壓密擴散和劈裂擴散，則劃分為壓密-劈裂型復合加固模式;若研究范圍漿液主要為滲透-劈裂擴散，則劃分為滲透-劈裂型復合加固模式。在以上分析基礎上，總結各種加固模式的特征。
[0037]本發明提出了軟弱破碎巖體加固效能檢驗與加固體力學、水力學特征等三維空間信息的獲取方法，完善了注漿試驗數據提取與分析方法，提高了注漿試驗質量與科學性。實現了注漿加固體空間形態精確性分析、漿液擴散路徑判識及加固后巖體力學與水力學性質改善程度定量評價，為注漿加固理論研究及數值分析提供技術支撐。
[0038]本發明充分考慮了模型試驗中加固體物理指標空間分布非均勻性規律，利用分區段精細開挖方法獲取不同部位、不同區塊加固體的測試樣品，并量測、采集漿脈展布形態，為注漿模型試驗漿液擴散規律、加固體物理指標改善程度分布與變化規律研究提供第一手的試驗手段和數據。
[0039]本發明將注漿加固模式劃分為壓密型、滲透型、劈裂型等單型及壓密-劈裂型、滲透-劈裂型等復合型注漿加固模式。首次就注漿模型試驗中注漿效果檢驗與加固體三維空間數據體的確定提供了定量研究方法，克服了注漿試驗中信息過量遺失，不能全面挖掘的難題。
[0040]該三維空間數據采集方法簡單易行，操作簡單，為進一步基于注漿模型試驗開展注漿擴散與加固理論研究奠定基礎。
【附圖說明】
[0041 ]圖1為本發明的工作流程圖；
[0042]圖2為開挖揭示的多序次漿脈分布剖面圖；
[0043]圖3為數值化處理后的結果。
【具體實施方式】
[0044]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0045]為便于方便準確測試注漿模型試驗中物理指標改善程度的三維空間分布規律，利用分區段精細開挖方法獲取不同部位、不同區塊加固體的測試樣品，并量測、采集漿脈展布形態，為注漿模型試驗漿液擴散規律、加固體物理指標改善程度分布與變化規律研究提供第一手的試驗手段和數據。
[0046]軟弱破碎巖體注漿加固效能三維空間數據采集方法，其步驟是:
[0047]1.多序次高識別度注漿模型試驗實施；
[0048]根據試驗目的，利用三維注漿系統開展多序次注漿試驗，并滿足注漿材料及漿液凝膠體識別度高的需求。
[0049]進一步地，所述的注漿模型試驗，包括:
[0050](I)注漿模型試驗方案制定:根據實驗目的，制定多序次注漿模型試驗方案，確定試驗鉆孔數量或加工注漿鉆孔結構。
[0051](2)多序次注漿裝置制作:利用鋁片制作注漿阻隔器，利用PVC管制作單孔多序注漿裝置。
[0052](3)分序注漿材料配制:采用不影響漿液性能的氧化鐵類顏料添加到水泥漿漿液中，使漿液及漿液凝膠體體現不同的顏色，以區分不同序次漿材。根據先期試驗比對分析，采用的氧化鐵類顏料包括氧化鐵藍、氧化鐵橙、氧化鐵黑、氧化鐵棕、氧化鐵綠、氧化鐵黃、氧化鐵紅，當添加劑質量與干水泥質量比值分別達到2.3、2.7、1.5、2.0、1.5、1.5、1.5時，可使水泥漿液凝膠后呈現明顯的藍色、橙色、黑色、棕紅色、綠色、黃色及暗紅色，此外，此類方法亦可用于水泥-水玻璃雙液漿中。
[0053](4)注漿過程控制:通過控制注漿終壓和注漿速率進行注漿過程控制，以保障注漿效果和注漿安全。
[0054]2.觀察測線布置與量測剖面揭露，包括:
[0055](I)觀察測線方向、數量和測線間距的確定
[0056]注漿試驗完成后，加固體養護時間達到24h后，打開多序次注漿裝置，布置縱向觀測線，觀測線宜平行注漿鉆孔連線布置。根據研究精度確定測線間距，一般取50?100mm。測線定好后，在試驗