[0001] 本发明涉及岩石渗流实验技术领域， 尤其是一种制备可监测微裂隙的渗流试件 的方法。

背景技术

[0002] 矿山、 隧道、 水电站等地下工程的富水破碎岩体的治理中， 采用注浆方法， 对 受注围岩进行加固并起到堵水的作用， 改善其水文地质和工程地质条件， 提升 围岩承载能力和隔水性能， 取得了良好的效果。 在深井围岩微裂隙复合含水层 的治理中， 研究岩石微裂隙注浆堵水技术需要进行渗流实 验， 在渗流实验中渗 流试件的制作至关重要， 并且渗流实验中不能监测微裂隙的结构面变形 情况和 开度情况。 为了制备含有不同开度、 不同粗糙度的渗流试块， 研究微裂隙的开 度和粗糙度相互耦合对渗流的影响， 并监测渗流对微裂隙的结构面变形和开度 情况的影响， 从而能够更好的研究裂隙扩张和注浆问题， 需要对现有的试件制 作方法做进一步的改进。

发明概述

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

[0003] 为解决渗流实验中不能监测微裂隙的结构面变 形情况和开度情况的技术问题， 本发明公开了一种制备含有可监测性微裂隙渗 流试件的方法， 具体技术方案如 下。

[0004] 一种制备含有可监测性微裂隙渗流试件的方法 ， 其特征在于， 包括步骤：

[0005] ( 1) 将混凝土浆液注入第一模具中， 所述第一模具设置有垫板， 其中每两个 第一模具设置有一组垫板； 经过周期养护后拆除第一模具， 得到一组初始试块

[0006] (2) 取 1个初始试块， 在所述初始试块的垫板接触面一侧加工凹槽， 在所述凹 槽内布设光纤光栅传感器； 将一组初始试件的垫板接触面一侧贴合组成核 心试 块； 打磨所述核心试块的侧表面；

[0007] (3) 在所述核心试块的两端插入铁片， 使用防水胶将核心试块侧面的缝隙密 封；

[0008] (4) 将所述核心试块放入第二模具中， 所述光纤光栅的导线从第二模具的导 孔中导出， 将混凝土浆液注入第二模具中， 进行短期养护；

[0009] (5) 拆除所述第二模具和铁片， 进行周期养护， 得到渗流试件；

[0010] (6) 进行渗流实验。

[0011] 优选的是， 第一模具包括底座、 垫板、 侧壁、 插板和固定螺栓； 所述第二模具 包括底座、 侧壁、 插板、 固定螺栓， 所述插板上设置有导孔。

[0012] 进一步优选的是， 垫板每两个为一组， 垫板的表面粗糙， 每组垫板的粗糙度曲 线相互配合； 所述垫板的粗糙度曲线根据结构面标准粗糙程 度剖面情况对照表 设置， 使用结构面纵部剖面仪确定粗糙度。

[0013] 优选的是， 周期养护的养护时间为 25~30天， 所述短期养护的养护时间为 1~3天 ; 所述养护在养护箱或养护室内进行。

[0014] 优选的是， 凹槽的深度等于光纤光栅的直径， 凹槽的宽度等于光纤光栅直径的 1~2倍； 所述光纤光栅在凹槽内均匀布置。

[0015] 优选的是， 铁片的厚度为 0.05~0.3mm， 铁片的宽度等于初始试块的宽度； 所述 铁片插入核心试块的深度为 4~5cm。

[0016] 进一步优选的是， 步骤 (2) 中， 打磨核心试块的侧表面具体是通过打磨增大 侧表面的粗糙度。

[0017] 进一步优选的是， 步骤 (4) 中， 在所述第二模具的内表面涂抹脱模剂， 混凝 土浆液倒入第二模具后将第二模具放置在振动 台上， 再次倒入混凝土浆液， 加 满混凝土浆液后刮平上表面， 用保鲜膜覆盖上表面。

[0018] 进一步优选的是， 步骤 (6) 中的渗流实验包括扩缝特性实验和浆液渗流实 验

发明的有益效果

有益效果 [0019] 本发明的有益效果包括：

[0020] ( 1) 利用该方法制备不同开度、 不同粗糙度的渗流试块， 进而研究微裂隙的 开度和粗糙度相互耦合对渗流的影响， 同时通过光纤光栅传感器可以监测渗流 对微裂隙的结构面变形和开度的影响， 为深井围岩微裂隙扩缝、 注浆问题的解 决提供有力依据。

[0021] (2) 通过使用配合的垫板， 使一组初始试块能够实现配合， 在加工凹槽后能 够将两块初始试块贴合； 插入铁片后在两个初始试块中间形成缝隙， 使用防水 胶将侧面封堵； 在第二模具上设置有导孔， 方便光纤光栅的导线伸出。

[0022] (3) 通过周期性养护能够保证试块的完整性， 在养护箱内实现养护便于控制 温度和湿度， 从而更为准确的判断试件的干燥情况。

[0023] 另外通过本方法制作渗流试块具有可重复制作 ， 通过控制混凝土的配比制作不 同的试件， 通过第一模具和第二模具两组模具完成了试件 的制作， 该方法还具 有制作简单， 操作性强， 试件性能好， 试件使用方便等优点。

对附图的简要说明

附图说明

[0024] 图 1是制备含有可监测性微裂隙渗流试件的方法� �流程图；

[0025] 图 2是第一模具的正视图；

[0026] 图 3是第一模具的侧视图；

[0027] 图 4是第一模具的俯视图；

[0028] 图 5是第一模具的剖视图；

[0029] 图 6是一组垫板的结构示意图；

[0030] 图 7是核心试块结构示意图；

[0031] 图 8是第二模具的侧视图；

[0032] 图 9是第二模具的正视图；

[0033] 图 10是第二模具的俯视图；

[0034] 图中： 1-底板； 2 -插板； 3 -固定螺栓； 4 -侧壁； 5 -垫板； 6 -导孔； 7 -光纤光栅传 感器； 8 -核心试块； 9 -铁片。

发明实施例 本发明的实施方式

[0035] 结合图 1至图 9所示， 本发明提供的一种制备含有可监测性微裂隙渗 流试件的方 法具体实施方式如下。

[0036] 实施例一

[0037] 一种制备含有可监测性微裂隙渗流试件的方法 具体包括步骤：

[0038] ( 1) 将混凝土浆液注入第一模具中， 第一模具设置有垫板， 其中每两个第一 模具设置有一组垫板。 经过周期养护后拆除第一模具， 得到一组初始试块。

[0039] 第一模具包括底座 1、 垫板 5、 侧壁 4、 插板 2和固定螺栓 3， 垫板设置在底座上 ， 第一模具的垫板 5每两个为一组， 垫板 5的表面粗糙， 其粗糙度按照结构面标 准粗糙度的标准轮廓曲线设置， 每组垫板 5的粗糙度曲线相互配合； 或者两块垫 板完全相同， 使用时两块垫板反向放置使用， 从而保证一组内的两块初始试块 能够很好的卡合。 周期养护的养护时间为 25~30天， 一般取 28天作为养护周期， 养护在养护箱或养护室内进行。

[0040] (2) 取 1个初始试块， 在初始试块的垫板接触面一侧加工凹槽， 在凹槽内布设 光纤光栅传感器 7。 将一组初始试件的垫板 5接触面一侧贴合组成核心试块 8 ; 打 磨所述核心试块 8的侧表面。

[0041] 开设凹槽时， 在垫板接触面一侧沿试件长度方向居中布置， 保证凹槽的深度等 于光纤光栅的直径， 凹槽的宽度等于光纤光栅直径的 1~2倍， 光纤光栅在凹槽内 均匀分散布置。 打磨核心试块的侧表面， 具体是通过打磨增大侧表面的粗糙度 ， 从而保证在第二模具中注入混凝土时核心试块 8与混凝土浆液更好的接触凝固 组成一个整体。

[0042] (3) 在核心试块 8的两端插入铁片， 使用防水胶将核心试块侧面的缝隙密封。

[0043] 其中铁片的厚度为 0.05~0.3mm， 铁片的宽度等于初始试块的宽度， 铁片插入核 心试块 8的深度为 4~5cm。

[0044] (4) 将核心试块放入第二模具中， 光纤光栅的导线从第二模具的导孔中导出

， 将混凝土浆液注入第二模具中， 进行短期养护。

[0045] 第二模具包括底座 1、 侧壁 4、 插板 2和固定螺栓 3 , 插板 2上设置有导孔 6。 短期 养护的养护时间为 1~3天， 一般取 48小时， 养护在养护箱或养护室内进行。 在第 二模具的内表面涂抹脱模剂， 混凝土浆液倒入第二模具后将第二模具放置在 振 动台上， 再次倒入混凝土浆液， 加满混凝土浆液后刮平上表面， 用保鲜膜覆盖 上表面。

[0046] (5) 拆除所述第二模具和铁片， 进行周期养护， 得到渗流试件。 一般取 28天 作为养护周期， 养护在养护箱或养护室内进行。

[0047] (6) 进行渗流实验， 其中渗流实验包括扩缝特性实验和浆液渗流实 验。

[0048] 实施例二

[0049] 当制备一组可监测微裂隙渗流试件， 取渗流试件的外形尺寸为 300*100*100mm 时， 需要的材料和制备模具选择如下， 根据实验室正交试验原理， 确定细砂岩 相似材料包括水泥、 砂、 铁粉和水， 其质量配比为 1 : 1.5: 0.78： 0.83， 使用减 水剂的用量为水泥用量的 1.5% ; 第一模具的内尺寸为 300*30*30mm， 第二模具 的内尺寸为 300*100*100mm。 制备一块含有开度为 lOOpm、 粗糙度系数为 1的含 有可监测性微裂隙类细砂岩渗流试件。 采用如下方法制备含有可监测性微裂隙 的渗流试件：

[0050] ( 1) 用天平、 电子秤和量筒等实验仪器在实验室内称量实验 所需材料， 称取 的水泥、 砂和铁粉在搅拌机内进行搅拌 3min， 用量筒量取水， 在搅拌机内加入 水， 再进行搅拌 3min; 在搅拌机内加入减水剂后再搅拌 3min。

[0051] 第一模具中更换一组粗糙度系数为 1的垫板 5， 当制备粗糙度系数为 2的含有可 监测性微裂隙渗流试件时， 更换一组粗糙度系数为 2的垫板 5 , 其中垫板 5根据需 要制备的试件粗糙度要求进行更换， 所以可以制备多种粗糙度标准的试件， 进 而可以研究粗糙度对渗流实验的影响。 在第一模具的内壁均匀涂抹一层机械润 滑油， 将混凝土浆液注入第一模具中， 待模具装满后， 将模具放到振动台上震 动 30s， 若模具内混凝土浆液下降到模具上沿以下， 则再次加入混凝土浆液， 并 将第一模具放到振动台上重复震动， 重复上述步骤， 直至混凝土浆液和第一模 具上沿齐平， 然后刮平混凝土浆液的上表面， 采用保鲜膜覆盖上表面。 使用一 组第一模具完成上述操作， 经过周期养护后拆除第一模具， 得到一组初始试块 。 制作完成后， 在温度 20°C±2°C、 相对湿度 95%以上的养护箱或养护室内养护 2 8天后， 拆除模具， 一组初始试块制备完成。 [0052] (2) 取 1个初始试块， 在初始试块的垫板接触面一侧加工凹槽， 在凹槽内布设 光纤光栅传感器 7 , 使用防水胶将光纤光栅传感器 7固定在凹槽内。 开始凹槽时 ， 在垫板接触面一侧沿试件长度方向居中布置， 保证凹槽的深度等于光纤光栅 的直径， 凹槽的宽度等于光纤光栅直径的 1~2倍， 光纤光栅在凹槽内均匀分散布 置。 将一组初始试件的垫板接触面一侧贴合组成核 心试块， 打磨核心试块的侧 表面至表面粗糙。

[0053] (3) 在核心试块的两端插入铁片 9 , 使用防水胶将核心试块侧面的缝隙密封。

核心试块两端的缝隙中垫入厚度为 10(Vm的薄铁片， 使核心试块 8内部形成一条 开度与薄铁片厚度一致的微裂隙， 使用防水胶将核心试块 8两侧面的缝隙在试块 表面密封， 薄铁片插入核心试块缝隙的深度为 4~5cm， 铁片宽度与初始试块的宽 度一致。 当制备开度为 15(Vm的可监测性微裂隙类细砂岩渗流试件时， 通过更换 薄铁皮的厚度， 从而调整渗流试件的开度， 从而在渗流实验中研究开度对渗流 实验的影响。

[0054] (4) 在第二模具内壁均匀涂抹一层脱模剂， 将核心试块放入第二模具中， 光 纤光栅的导线从第二模具的导孔 6中导出。 将混凝土浆液注入第二模具中， 进行 短期养护。 将混凝土浆液注入第二模具中， 待第二模具装满后， 将第二模具放 到振动台上震动 30s， 若第二模具内混凝土浆液下降到第二模具上沿 以下， 则再 次加入混凝土浆液， 并将第二模具放到振动台上重复震动， 重复上述步骤， 直 至混凝土浆液和第二模具上沿齐平， 然后刮平混凝土浆液的上表面， 采用保鲜 膜覆盖上表面。 进行短期养护， 短期养护室在在温度 20°C±2°C、 相对湿度 95% 以上的养护箱或养护室内养护 48小时。

[0055] (5) 短期养护完成后， 拆除第二模具和铁片， 进行周期养护， 即再将试块放 在温度 20°C±2°C、 相对湿度 95%以上的室内养护 28天， 含有开度为 lOOpm、 粗糙 度系数为 1的可监测性微裂隙类细砂岩渗流试件制备完� �， 得到渗流试件。

[0056] (6) 进行微裂隙渗流特性试验包括扩缝特性试验和 浆液渗流实验。

[0057] 当然， 上述说明并非是对本发明的限制， 本发明也并不仅限于上述举例， 本技 术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做 出的变化、 改型、 添加或替换， 也应属于本发明的保护范围。