本发明涉及矿产能源及岩石力学工程试验测试技术领域，更具体的说是涉及一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法与装置。
背景技术：
岩体工程实践中普遍存在较多的破碎岩体承载状态，特别是深部矿井开采过程中遇见的破碎软岩巷道、硐室或工作面围岩，通常不能满足工程实际需要。注浆加固法是破碎岩体强度加固和工程围岩控制的重要手段之一。不同的注浆参数和工艺过程均将极大地改变注浆加固体的界面特征与力学性能，进而影响注浆破碎岩体的综合力学性能和工程岩体稳定性。因此，设计并研发符合真实工程破碎岩体条件的注浆加固试验装置，用以研究不同注浆参数对注浆体试件的力学特性与失稳模式，对于优化注浆材料参数和工艺流程，探索破碎岩体注浆体加固机理，进而推动破碎注浆岩体工程应用具有重要意义。
破碎软岩注浆加固是一个涉及材料科学、应用地质、岩石力学、工程活动等诸多因素的复杂非线性难题。目前，很多专家学者都从理论分析、室内试验测试、数值模拟等方面开展大量研究工作，结果表明试验测试是研究破碎岩体注浆加固主要影响因素，揭示加固机理的最有效的技术手段。然而，试验研究过程中对于注浆加固试件的处理上存在明显不足之处：其一，采用通用的建筑用碎石、石子等材料通过各种浆液进行人工预制试件进行测试分析，该类方法只能模拟含随机多裂纹体的类岩石材料试件的性能测试(cn201110401994.4)，不能准确描述工程岩体自身存在的节理裂隙等不足，存在测试对象与实际工程破碎岩体不符等问题；其二，研究裂隙、孔洞等弱面对注浆加固效果的影响过程中，采用钻孔、线切割或其他人为预制裂缝的方式(cn201710116338.7和cn201710116338.7)进行，无法反映岩石试件本身的强度薄弱位置，致使注浆加固试验不能准确地模拟岩石受力破碎造成的真实节理弱面特征的影响对注浆加固效果的影响。
因此，研发一种符合工程破碎岩体真实裂纹条件的注浆加固试验方法和相应装置，用以研究不同注浆参数对注浆体试件的力学特性与破坏模式，评价分析注浆加固效果，揭示破碎岩体注浆加固机理，进而优化注浆材料参数和工艺流程，对推动破碎注浆岩体工程应用具有重要理论意义和工程应用价值。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法与装置，旨在解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法，包括以下步骤：
s1、制作标准尺寸的岩石试件，利用刚性岩石力学试验机对所述岩石试件进行单轴或三轴力学性能测试；
s2、对s1测试后所述岩石试件的破坏形态进行描述分析和测试结果的计算处理；
s3、基于s2中的含真实裂纹的所述岩石试件，进行注浆加固处理；
s4、针对s3获得的注浆加固试件，再次重复s1的操作程序；
s5、针对s4测试后的所述注浆加固试件，再次重复s2的操作程序；
s6、对比分析s2和s5中的力学性能及破坏裂纹特征，获得注浆加固性能，进而分析浆液特性、裂纹分布情况及裂纹表面特征对所述岩石试件注浆加固性能的影响，进而揭示破碎岩石试件注浆加固机理。
通过上述技术方案，本发明试验测试方法的主要思路是使用刚性岩石力学实验系统对标准的岩石试件进行单轴或三轴物理力学性能测试获得原始试件的力学性能及真实破坏裂纹的岩石试件，描述岩石破坏特征和真实裂纹网络分布及表面属性特征，试验测试结果能够真实反映工程岩体中的强度薄弱位置，形成符合工程实际的裂纹网络分布和裂纹表面属性特征，基于此进行注浆加固性能模拟与分析，可以准确地模拟岩石受力破碎造成的真实节理弱面特征的影响对注浆加固效果的影响，探析注浆加固机理，优选注浆加工工程技术参数。
优选的，在上述一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法中，在步骤s1中，岩石试件按照国家规范gb23561的相关要求加工获得，且为圆柱体结构，尺寸为φ50mm×100mm。
优选的，在上述一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法中，在步骤s2中，所述破坏形态包括测试后岩石试件的破坏形态、裂纹网络分布情况、裂纹表面属性特征；所述测试结果包括试验测试的应力-应变全过程曲线、抗压强度、弹性模量和泊松比等主要力学性能参数。
优选的，在上述一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法中，在步骤s3中，所述注浆加固处理的步骤包括浆液组分称量、搅拌预制、注浆加固，达到预定注浆压力静置后固化稳定。
本发明还提供了一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置，用于对上述的含真实裂纹的岩石试件进行注浆加固处理，包括注浆加固单元、柱塞式高压注入单元和高压软管；
所述注浆加固单元包括承压模具和模具上盖；所述承压模具由顶面向下开设有多个等规格的承压腔室；多个所述承压腔室底部通过进浆管依次串联，所述进浆管的一端端头穿出所述承压模具侧壁形成进浆口，所述进浆口上安装有第一控制阀；多个所述承压腔室顶部通过排气管依次串联，所述排气管一端穿出所述承压模具侧壁形成排气口，所述排气口上安装有第二控制阀，所述排气管另一端穿出所述承压模具侧壁安装有第一数显压力表；所述模具上盖密封扣合在所述承压模具的顶面；
所述柱塞式高压注入单元用于为所述承压腔室提供高压浆液；
所述高压软管一端与所述进浆口连接，另一端与所述柱塞式高压注入单元连接。
通过上述技术方案，本发明提供的装置可针对不同工程岩石试件，开展真实裂纹条件下的注浆加固效果实验分析，探析注浆加固机理，优选注浆加工工程技术参数。
优选的，在上述一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置中，所述柱塞式高压注入单元包括高压缸、缸盖、活塞、高压管、第三控制阀和第二数显压力表；所述高压缸顶部开口；所述缸盖扣合在所述高压缸的顶部开口处，且中部开设有活塞通过孔；所述活塞穿过所述活塞通过孔，且底端与所述高压缸内腔密封滑动连接；所述高压管一端与所述高压缸的内腔底部连通，另一端与所述高压软管连接；所述第三控制阀安装在所述高压管上；所述第二数显压力表安装在所述高压管上。与以往的注浆压力泵相比，本发明提供的柱塞式高压注入单元具有不带动力源、结构简单、压力稳定、控制准确、使用与冲洗方便等特点，可以有效克服以往产品中使用注浆泵带来的结构复杂、输出压力不稳、损耗浆液多、冲洗不便等缺陷与不足。
优选的，在上述一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置中，所述承压腔室的数量为3个，且呈一字型依次等间距布置；所述承压腔室为上宽下窄的圆台腔室；所述承压腔室的上端面直径为70mm，下端面直径为60mm。一次性注浆加固3个一组试件，确保注浆条件相同时一组试件加固相关的可对比性。圆台腔室的结构设计为便于试件在注浆后能够顺利取出。
优选的，在上述一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置中，所述承压模具的顶面边沿内嵌有密封圈。提高密封效果。
优选的，在上述一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置中，所述承压模具的底面安装有底座。提高结构稳定性。
优选的，在上述一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置中，所述注浆加固单元还包括试件顶出机构；所述试件顶出机构包括钢垫片和丝杆；所述钢垫片置于所述承压腔室的底面；所述丝杆与所述承压模具底壁螺纹连接，且所述丝杆顶端进入所述承压腔室内，并与所述钢垫片的底面抵接。为防止每次取出试件时可能存在的试件与模具腔体间的黏连或摩擦，本模具提供丝杆顶出功能，仅需要用内六角扳手转动丝杆，即可轻松取出试件。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法与装置，具有以下有益效果：
1、本发明的试验测试对象不再是人工预制的拟岩体，而是采用不同类型的真实岩石试件研究注浆加固效果。
2、本发明的试件裂纹是由岩石试件在外加载荷作用下形成的真实裂纹，而且形成裂纹的荷载条件可以根据工程岩体的受力环境选择单轴或三轴加载，以有效模拟试验对象在实际工程中的真实受力环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法的流程图；
图2附图为本发明提供的含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置的结构俯视图；
图3附图为本发明提供的注浆加固单元的正面剖视图；
图4附图为本发明提供的注浆加固单元除去模具上盖的俯视图；
图5附图为本发明提供的柱塞式高压注入单元的正面剖视图。
其中：
1-注浆加固单元；
11-承压模具；111-承压腔室；112-密封圈；12-模具上盖；13-进浆管；
131-进浆口；14-第一控制阀；15-排气管；151-排气口；16-第二控制阀；
17-第一数显压力表；18-底座；19-试件顶出机构；191-钢垫片；192-丝杆；
2-柱塞式高压注入单元；
21-高压缸；22-缸盖；23-活塞；24-高压管；25-第三控制阀；26-第二数显压力表；
3-高压软管；
4-岩石试件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见附图2至附图5，本发明实施例公开了一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置，包括注浆加固单元1、柱塞式高压注入单元2和高压软管3；
注浆加固单元1包括承压模具11和模具上盖12；承压模具11由顶面向下开设有多个等规格的承压腔室111；多个承压腔室111底部通过进浆管13依次串联，进浆管13的一端端头穿出承压模具侧壁形成进浆口131，进浆口131上安装有第一控制阀14；多个承压腔室111顶部通过排气管15依次串联，排气管15一端穿出承压模具11侧壁形成排气口151，排气口151上安装有第二控制阀16，排气管15另一端穿出承压模具11侧壁安装有第一数显压力表17；模具上盖12密封扣合在承压模具11的顶面；
柱塞式高压注入单元2用于为承压腔室111提供高压浆液；
高压软管3一端与进浆口131连接，另一端与柱塞式高压注入单元2连接。
为了进一步优化上述技术方案，柱塞式高压注入单元2包括高压缸21、缸盖22、活塞23、高压管24、第三控制阀25和第二数显压力表26；高压缸21顶部开口；缸盖22扣合在高压缸21的顶部开口处，且中部开设有活塞通过孔；活塞23穿过活塞通过孔，且底端与高压缸21内腔密封滑动连接；高压管24一端与高压缸21的内腔底部连通，另一端与高压软管3连接；第三控制阀25安装在高压管24上；第二数显压力表26安装在高压管24上。
为了进一步优化上述技术方案，承压腔室111的数量为3个，且呈一字型依次等间距布置；承压腔室111为上宽下窄的圆台腔室；承压腔室111的上端面直径为70mm，下端面直径为60mm。
为了进一步优化上述技术方案，承压模具11的顶面边沿内嵌有密封圈112。
为了进一步优化上述技术方案，承压模具11的底面安装有底座18。
为了进一步优化上述技术方案，注浆加固单元1还包括试件顶出机构19；试件顶出机构19包括钢垫片191和丝杆192；钢垫片191置于承压腔室111的底面；丝杆192与承压模具11底壁螺纹连接，且丝杆192顶端进入承压腔室111内，并与钢垫片191的底面抵接。
参见附图1，应用本装置进行含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法包括以下步骤：
s1、制作标准尺寸的岩石试件，利用刚性岩石力学试验机对岩石试件进行单轴或三轴力学性能测试；
s2、对s1测试后岩石试件的破坏形态进行描述分析和测试结果的计算处理；
s3、基于s2中的含真实裂纹的岩石试件，采用上述的装置进行注浆加固处理；
s4、针对s3获得的注浆加固试件，再次重复s1的操作程序；
s5、针对s4测试后的注浆加固试件，再次重复s2的操作程序；
s6、对比分析s2和s5中的力学性能及破坏裂纹特征，获得注浆加固性能，进而分析浆液特性、裂纹分布情况及裂纹表面特征对岩石试件注浆加固性能的影响，进而揭示破碎岩石试件注浆加固机理。
具体的：
在步骤s1中，岩石试件按照国家规范gb23561的相关要求加工获得，且为圆柱体结构，尺寸为φ50mm×100mm。
在步骤s2中，破坏形态包括测试后岩石试件的破坏形态、裂纹网络分布情况、裂纹表面属性特征；测试结果包括试验测试的应力-应变全过程曲线、抗压强度、弹性模量和泊松比等主要力学性能参数。
在步骤s3中，注浆加固处理的步骤包括浆液组分称量、搅拌预制、注浆加固，达到预定注浆压力静置后固化稳定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
1.一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1、制作标准尺寸的岩石试件，利用刚性岩石力学试验机对所述岩石试件进行单轴或三轴力学性能测试；
s2、对s1测试后所述岩石试件的破坏形态进行描述分析和测试结果的计算处理；
s3、基于s2中的含真实裂纹的所述岩石试件，进行注浆加固处理；
s4、针对s3获得的注浆加固试件，再次重复s1的操作程序；
s5、针对s4测试后的所述注浆加固试件，再次重复s2的操作程序；
s6、对比分析s2和s5中的力学性能及破坏裂纹特征，获得注浆加固性能，进而分析浆液特性、裂纹分布情况及裂纹表面特征对所述岩石试件注浆加固性能的影响，进而揭示破碎岩石试件注浆加固机理。
2.根据权利要求1所述的一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法，其特征在于，在步骤s1中，岩石试件按照国家规范gb23561的相关要求加工获得，且为圆柱体结构，尺寸为φ50mm×100mm。
3.根据权利要求1所述的一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法，其特征在于，在步骤s2中，所述破坏形态包括测试后所述岩石试件的破坏形态、裂纹网络分布情况、裂纹表面属性特征；所述测试结果包括试验测试的应力-应变全过程曲线、抗压强度、弹性模量和泊松比。
4.根据权利要求1所述的一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验方法，其特征在于，在步骤s3中，所述注浆加固处理的步骤包括浆液组分称量、搅拌预制、注浆加固，达到预定注浆压力静置后固化稳定。
5.一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置，其特征在于，用于对权利要求1-4中任一项所述的含真实裂纹的岩石试件进行注浆加固处理，包括注浆加固单元(1)、柱塞式高压注入单元(2)和高压软管(3)；
所述注浆加固单元(1)包括承压模具(11)和模具上盖(12)；所述承压模具(11)由顶面向下开设有多个等规格的承压腔室(111)；多个所述承压腔室(111)底部通过进浆管(13)依次串联，所述进浆管(13)的一端端头穿出所述承压模具侧壁形成进浆口(131)，所述进浆口(131)上安装有第一控制阀(14)；多个所述承压腔室(111)顶部通过排气管(15)依次串联，所述排气管(15)一端穿出所述承压模具(11)侧壁形成排气口(151)，所述排气口(151)上安装有第二控制阀(16)，所述排气管(15)另一端穿出所述承压模具(11)侧壁安装有第一数显压力表(17)；所述模具上盖(12)密封扣合在所述承压模具(11)的顶面；
所述柱塞式高压注入单元(2)用于为所述承压腔室(111)提供高压浆液；
所述高压软管(3)一端与所述进浆口(131)连接，另一端与所述柱塞式高压注入单元(2)连接。
6.根据权利要求5所述的一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置，其特征在于，所述柱塞式高压注入单元(2)包括高压缸(21)、缸盖(22)、活塞(23)、高压管(24)、第三控制阀(25)和第二数显压力表(26)；所述高压缸(21)顶部开口；所述缸盖(22)扣合在所述高压缸(21)的顶部开口处，且中部开设有活塞通过孔；所述活塞(23)穿过所述活塞通过孔，且底端与所述高压缸(21)内腔密封滑动连接；所述高压管(24)一端与所述高压缸(21)的内腔底部连通，另一端与所述高压软管(3)连接；所述第三控制阀(25)安装在所述高压管(24)上；所述第二数显压力表(26)安装在所述高压管(24)上。
7.根据权利要求5所述的一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置，其特征在于，所述承压腔室(111)的数量为3个，且呈一字型依次等间距布置；所述承压腔室(111)为上宽下窄的圆台腔室；所述承压腔室(111)的上端面直径为70mm，下端面直径为60mm。
8.根据权利要求5所述的一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置，其特征在于，所述承压模具(11)的顶面边沿内嵌有密封圈(112)。
9.根据权利要求5所述的一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置，其特征在于，所述承压模具(11)的底面安装有底座(18)。
10.根据权利要求9所述的一种含真实裂纹岩石试件注浆性能试验装置，其特征在于，所述注浆加固单元(1)还包括试件顶出机构(19)；所述试件顶出机构(19)包括钢垫片(191)和丝杆(192)；所述钢垫片(191)置于所述承压腔室(111)的底面；所述丝杆(192)与所述承压模具(11)底壁螺纹连接，且所述丝杆(192)顶端进入所述承压腔室(111)内，并与所述钢垫片(191)的底面抵接。
技术总结