一種檢驗隧洞破裂圍巖灌漿后阻水效果的試驗方法
【專利摘要】本發明涉及一種檢驗隧洞破裂圍巖灌漿后阻水效果的試驗方法，包括以下步驟：S1、對試樣進行環向加載，使試樣上形成裂紋，記錄加載過程中的聲發射信號；S2、對所述試樣進行壓力灌漿，記錄灌漿過程中的聲發射信號；S3、待灌漿固結后對灌漿體進行滲透試驗，記錄試驗過程中加載端面的滲流量和滲透壓力。本發明能真實反映巖體破裂后裂隙發育特征以及工程開挖后應力重分布的特征。
【專利說明】
一種檢驗隧洞破裂圍巖灌漿后阻水效果的試驗方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種檢驗隧洞破裂圍巖灌漿后阻水效果的試驗方法。
【背景技術】
[0002]深部地下巖體工程(如交通隧道、引水隧洞、煤礦巷道、核廢料處置庫等)面臨兩大難題，即高地應力和高地下水位。巖石地下工程開挖打破了原巖應力的平衡狀態，引起圍巖的應力重分布，洞壁圍巖切向應力升高，徑向應力降低，應力差增大導致圍巖破裂破壞，巖體力學性質變差、滲透性增強，高地下水位產生的高滲透壓會進一步劈裂巖體，高壓水將滲出巖體壓在襯砌上，甚至可能導致襯砌破壞，影響工程長期安全運行，造成重大經濟損失。
[0003]高壓固結灌漿是巖體工程常用的阻隔外界水的技術措施。而灌漿后漿液封堵裂隙、阻隔外水滲透效果的評價則是決定這一措施是否可行的關鍵問題。其中涉及到不同破裂程度的巖體其裂隙發育程度如何、滲透性如何、不同外水壓力下是否進一步破裂、不同注漿壓力下是否會導致破裂擴展、灌漿后漿液充填程度如何、巖體滲透性發生怎么的變化等等問題。
[0004]目前，國內外進行的巖石加載損傷、滲透試驗大部分針對直徑為5cm圓柱形試樣或邊長為5cm的立方體試樣開展，還有專門針對結構面滲透問題開展的單裂隙或單結構面滲流試驗。不僅試樣較小，無法反映現場大尺度巖體破裂后裂隙發育特征，而且荷載條件較為簡單，分為常規三軸加載和真三軸加載，前者為針對圓柱形試樣施加圍壓和軸向壓力，后者是針對立方體試樣三向獨立加載。荷載條件無法反映工程開挖后應力重分布的特征。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種能真實反映巖體破裂后裂隙發育特征的檢驗隧洞破裂圍巖灌漿后阻水效果的試驗方法。
[0006]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:
[0007]—種檢驗隧洞破裂圍巖灌漿后阻水效果的試驗方法，包括以下步驟:
[0008]S1、對試樣進行環向加載，使試樣上形成裂紋，記錄加載過程中的聲發射信號；
[0009]S2、對所述試樣進行壓力灌漿，記錄灌漿過程中的聲發射信號；
[0010]S3、待灌漿固結后對灌漿體進行滲透試驗，記錄試驗過程中加載端面的滲流量和滲透壓力。
[0011]本發明的有益效果是:通過對試樣環向加載，在試樣中產生裂紋，所形成的裂紋特征(方向、長度、組數等)與隧道(洞)開挖后應力重分布導致的徑向應力減小切向應力增大而形成的裂紋特征接近，可以反映現場巖體破裂后裂隙發育的特征。同時試驗全程中進行聲發射監測，通過試驗采集的聲發射信號可以分析隧道(洞)工程開挖、灌漿加固及滲水過程中新裂紋的萌生發育與已有裂紋的發展情況。基于不同外水壓下的滲透試驗記錄的滲流量和滲透壓力，可以分析灌漿后圍巖的滲透系數，與未灌漿圍巖的滲透系數進行對比，可確定灌漿對圍巖滲透系數的影響，通過對比不同灌漿壓力下的裂紋發育情況與灌漿后的滲透系數的變化，可評價灌漿阻水的效果，也可給類似工程提供更加合理的灌漿壓力值。
[0012]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0013]進一步，所述步驟SI包括以下步驟:
[0014]S11、將試樣前后兩個側面和頂底部兩個面密封，保持試樣左右兩個加載端面不密封，在試樣前后兩個側面和頂底部兩個面上粘貼聲發射探頭；
[0015]S12、將試樣置于加載裝置中，對試樣左右兩端和前后兩個側面進行預加載；
[0016]S13、按0.01?0.05MPa/s的加載速率均勻對試樣左右兩端和前后兩個側面進行加載直至給定荷載，然后按0.01?0.05MPa/s的加載速率均勻對試樣左右兩端繼續加載，直至給定荷載，連續采集并記錄加載過程中的聲發射信號、加載力和位移信息。
[0017]采用上述進一步方案的有益效果是準確模擬隧道(洞)開挖后的應力重分布特征，同時記錄該階段的聲發射信號，基于聲發射信號聲發射測試儀可記錄裂紋發育的數量，并且可定位裂紋發育的位置。
[0018]進一步，所述步驟S2具體包括:在荷載狀態下，在試樣底部中心鉆一個小孔，通過該孔進行有壓灌漿，灌漿壓力< 15MPa，灌漿過程中持續監測聲發射信號。
[0019]采用上述進一步方案的有益效果是基于聲發射信號記錄灌漿過程中裂紋發育的數量，并且可定位裂紋發育的位置，為灌漿壓力的確定提供基礎數據。
[0020]進一步，所述步驟S3中灌漿體滲透試驗具體包括:
[0021]保持所述步驟SI中施加的荷載恒定，等待灌漿固結；
[0022]通過中心孔注水進行不同外水壓條件下的滲透試驗，試驗過程中連續采集聲發射信號，同時記錄加載端面的滲流量和滲透壓力。
[0023]采用上述進一步方案的有益效果是基于聲發射信號記錄滲透試驗過程中裂紋發育的數量，并且可定位裂紋發育的位置，采用滲流力學理論分析記錄的滲流量和滲透壓力，獲取灌漿后圍巖的滲透系數。
[0024]進一步，所述步驟SI中對試樣進行環向加載，其施加的荷載大小根據現場工況按相似比確定。
[0025]進一步，所述現場工況包括工程現場的巖性、地應力條件及隧洞尺寸。
[0026]采用上述進一步方案的有益效果是所進行的試驗與工程現場可以進行類比。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明環向加載的安裝結構示意圖；
[0028]圖2為本發明各同階段聲發射隨時間變化的點線圖；
[0029]圖3為本發明各階段聲波波速隨時間變化的波形圖；
[0030]圖4為本發明灌漿后灌漿體的滲透率隨徑向壓力變化的波形圖；
[0031]圖5為本發明步驟流程圖。
[0032]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0033]1、前千斤頂，2、試樣，3、后密封板，4、前密封板，5、上密封板，6、聲發射探頭，7、小孔。
【具體實施方式】
[0034]以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0035]實施例1，如圖1-4所示，一種檢驗隧洞破裂圍巖灌漿后阻水效果的試驗方法，包括以下步驟:
[0036]S1、對試樣2進行環向加載，使試樣上形成裂紋，記錄加載過程中的聲發射信號；
[0037]S2、對所述試樣進行壓力灌漿，記錄灌漿過程中的聲發射信號；
[0038]S3、待灌漿固結后對灌漿體進行滲透試驗，記錄試驗過程中加載端面的滲流量和滲透壓力。
[0039 ]實施例2，在實施例1的基礎上，本發明所述步驟SI包括以下步驟:
[0040]S11、將試樣2前后兩個側面分別通過前密封板4和后密封板3進行密封，試樣2的頂部通過上密封板5密封，底部通過下密封板密封，保持試樣左右兩個加載端面不密封，在試樣前后兩個側面和頂底部兩個面上粘貼聲發射探頭6;
[0041]S12、將試樣置于加載裝置中，對試樣左右兩端和前后兩個側面進行預加載；
[0042]S13、按0.02MPa/s的加載速率均勻對試樣左右兩端和前后兩個側面進行加載直至給定荷載，然后按0.02MPa/s的加載速率均勻對試樣左右兩端繼續加載，直至給定荷載，連續采集并記錄加載過程中的聲發射信號、聲波信號、加載力和位移信息。
[0043]所述步驟S2具體包括:在荷載狀態下，在試樣底部中心鉆一個小孔7，通過該孔進行有壓灌漿，灌漿壓力< 15MPa，灌漿過程中持續監測聲發射信號。
[0044]所述步驟S3中灌漿體滲透試驗具體包括:
[0045]保持所述步驟SI中施加的荷載恒定，等待灌漿固結；
[0046]通過中心孔注水進行不同外水壓條件下的滲透試驗，試驗過程中連續采集聲發射信號，同時記錄兩加載端面的滲流量和滲透壓力。
[0047]所述步驟SI中對試樣進行環向加載，其施加的荷載大小根據現場工況按相似比確定。
[0048]所述現場工況包括工程現場的巖性、地應力條件及隧洞尺寸。
[0049]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種檢驗隧洞破裂圍巖灌漿后阻水效果的試驗方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、對試樣進行環向加載，使試樣上形成裂紋，記錄加載過程中的聲發射信號； 52、對所述試樣進行壓力灌漿，記錄灌漿過程中的聲發射信號； 53、待灌漿固結后對灌漿體進行滲透試驗，記錄試驗過程中加載端面的滲流量和滲透壓力。2.根據權利要求1所述一種檢驗隧洞破裂圍巖灌漿后阻水效果的試驗方法，其特征在于，所述步驟SI具體包括以下步驟: 511、將試樣前后兩個側面和頂底部兩個面密封，保持試樣左右兩個加載端面不密封，在試樣前后兩個側面和頂底部兩個面上粘貼聲發射探頭； 512、將試樣置于加載裝置中，對試樣左右兩端和前后兩個側面進行預加載； 513、按0.0l?0.05MPa/s的加載速率均勻對試樣左右兩端和前后兩個側面進行加載直至給定荷載，然后按0.01?0.05MPa/s的加載速率均勾對試樣左右兩端繼續加載，直至給定荷載，連續采集并記錄加載過程中的聲發射信號、加載力和位移信息。3.根據權利要求1所述一種檢驗隧洞破裂圍巖灌漿后阻水效果的試驗方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括:在荷載狀態下，在試樣底部中心鉆一個小孔，通過該孔進行有壓灌漿，灌漿過程中持續監測聲發射信號。4.根據權利要求3所述一種檢驗隧洞破裂圍巖灌漿后阻水效果的試驗方法，其特征在于，所述有壓灌漿的灌漿壓力小于15MPa。5.根據權利要求3所述一種檢驗隧洞破裂圍巖灌漿后阻水效果的試驗方法，其特征在于，所述步驟S3中灌漿體滲透試驗具體包括: 531、保持所述步驟SI中施加的荷載恒定，等待灌漿固結； 532、通過所述小孔注水，進行不同外水壓條件下的滲透試驗，試驗過程中連續采集聲發射信號，同時記錄兩加載端面的滲流量和滲透壓力。6.根據權利要求1至5任一項所述一種檢驗隧洞破裂圍巖灌漿后阻水效果的試驗方法，其特征在于，所述步驟SI中對試樣進行環向加載，其施加的荷載大小根據現場工況按相似比確定。7.根據權利要求6所述一種檢驗隧洞破裂圍巖灌漿后阻水效果的試驗方法，其特征在于，所述現場工況包括工程現場的巖性、地應力條件及隧洞尺寸。
【文檔編號】G01N15/08GK105928853SQ201610229934
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月14日
【發明人】張傳慶, 崔國建, 高陽, 周輝, 楊凡杰
【申請人】中國科學院武漢巖土力學研究所