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专利号: 2022114553118
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
专利领域: 水利工程;基础;疏浚
更新日期:2024-10-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种模拟多角度可视化锚杆加固有水碎裂岩体裂隙的装置,其特征在于:它包括盒体(2),所述盒体(2)支撑在用于对其支撑角度进行调节的调整装置(9)的顶部,所述盒体(2)的内部通过应力施加装置(5)填充有碎裂岩石(1);所述盒体(2)的内顶部设置有摄像机(6);所述盒体(2)的侧壁上通过注水导管(12)与注水装置相连通;所述注水导管(12)上安装有流速计(13)。

2.根据权利要求1所述的一种模拟多角度可视化锚杆加固有水碎裂岩体裂隙的装置,其特征在于:所述碎裂岩石(1)是针对真实环境中岩石的拓印,每一小块岩石碎块的粗糙度都能够模拟,将每一块岩石碎块进行单独拓印后拼接在一起,真实的模拟了现实环境中的岩石状况。

3.根据权利要求1所述的一种模拟多角度可视化锚杆加固有水碎裂岩体裂隙的装置,其特征在于:所述盒体(2)采用透明亚克力板拼装而成,所述盒体(2)安装在碎裂岩石(1)六个面上用于固定碎裂岩石(1),使其具有侧限,以便施加应力,且透明亚克力板能使实验过程可视化。

4.根据权利要求1所述的一种模拟多角度可视化锚杆加固有水碎裂岩体裂隙的装置,其特征在于:所述注水装置包括水箱(3),所述水箱(3)用于提供水头,并能够通过注水导管(12)侧面位置预先打好的孔,实现可控动水输入,并能够进行有水注浆和无水注浆两种实验。

5.根据权利要求1所述的一种模拟多角度可视化锚杆加固有水碎裂岩体裂隙的装置,其特征在于:还包括用于注浆的中空锚杆,所述中空锚杆采用自进式中空锚杆,实现钻孔注浆一体化施工,在锚杆前段加装螺旋锚固头作为钻孔用的钻头,磁性钻杆既作为钻孔钻杆,又作为注浆花管,用于注入磁性砂浆,用于观察注浆面的形成,磁性砂浆在缝隙内的扩展,排水过程,能够测出粘性浆液以及磁棒的强度,磁棒的密度,形成加固的范围使其不跑浆,在有水的时候将水驱替掉,在浆液凝固后还能够进行抗拔实验。

6.根据权利要求2所述的一种模拟多角度可视化锚杆加固有水碎裂岩体裂隙的装置,其特征在于:还包括用于在岩石碎块外表面形成粗糙度的表面粗糙剂,所述表面粗糙剂包含二氧化硅,碳酸钙以及粘合胶,各原料百分比为二氧化硅20‑30%,碳酸钙40‑50%,粘合剂

20‑40%,用于模拟岩石节理的c、φ值。

7.根据权利要求1所述的一种模拟多角度可视化锚杆加固有水碎裂岩体裂隙的装置,其特征在于:还包括用于测量应力的光栅。

8.根据权利要求1所述的一种模拟多角度可视化锚杆加固有水碎裂岩体裂隙的装置,其特征在于:所述调整装置(9)包含一个底座以及一个万向铰,万向铰用于支撑碎裂岩石(1),并通过旋转万向铰的角度来实现各个角度下对模拟岩石(1)的观测。

9.根据权利要求5所述的一种模拟多角度可视化锚杆加固有水碎裂岩体裂隙的装置,其特征在于:磁性浆液包含水泥,粉煤灰,水,絮凝剂,减水剂,消泡剂,早强剂,纳米级磁粉,各原料百分比为:水泥40—45%,粉煤灰12—15%,水25—30%,絮凝剂5—10%,减水剂0.2‑

0.5%,消泡剂5—7%,早强剂0.2—0.8%,纳米级磁粉4—6%,其实现了反重力式定向流动,区域内自汇聚排水排气。

10.采用权利要求1‑9任意一项所述一种模拟多角度可视化锚杆加固有水碎裂岩体裂隙的装置进行封堵的方法,其特征在于,包括以下步骤:Step 1.材料准备:准备注浆所需要的材料,包括碎裂岩石(1)、中空锚杆、盒体(2)、应力施加装置(5)、表面粗糙剂和磁性浆液;

Step 2.将岩石碎块浸入硅胶中,待硅胶凝固后取出岩石碎块,以此法能够制作出模拟碎裂岩石(1)的硅胶模具,再使用树脂(15)即可实现碎裂岩石(1)的拓印,并能够拓印出片状、楔状的岩石,将表面粗糙剂涂抹在用数值拓印出的碎裂岩石(1)表面,以模拟自然环境中的岩石碎块表面的粗糙度与摩擦角;

Step 3.制作磁性浆液,按照预先设定的配合比表称量水泥,粉煤灰,水,絮凝剂,减水剂,消泡剂,早强剂,纳米级磁粉,混合制成磁性浆液,并对磁性浆液进行强度测试,以满足试验需要;

Step 4.将Step2中拓印出的模拟岩石的硅胶制作成试验所需要的尺寸与形状的试样,以模拟现实中的碎裂岩石(1),同时使其具备了现实中碎裂岩石(1)不具备的透明可视性;

Step 5.在模拟岩石裂隙的周围贴上光栅,光栅连接电脑,通过电脑软件观察试验模拟岩石试件的实时应力应变;

Step 6.在模拟岩石试件四周使用盒体(2)贴合以约束模拟岩石试件,同时在盒体(2)外侧使用应力施加装置(5)将其固定,应力施加装置(5)也能够用于施加应力来模拟现实自然环境中岩石内部的应力;

Step 7.固定试验装置:将整个移动用于模拟试验的盒体(2)放置在调整装置(9)中,以便从多角度观察碎裂岩石(1)在注浆过程中实时的应变变化情况;

Step 8.预制中空锚杆,在中空锚杆前段加装螺旋锚固头作为钻孔用的钻头,在预设的位置嵌合磁环,同时自头至尾打出从大到小的注浆孔;

Step 9.将中空锚杆插入试样中,进行注浆试验,利用调整装置(9)和摄像机(6)多角度观察模拟岩石试件的实时应变情况;

Step 10.利用摄像机(6)对注浆时的画面逐帧回放,比较原有工艺与本发明工艺下碎裂岩石(1)内部的裂隙填充情况,并用应力施加装置(5)比较两者加固完成后碎裂岩石(1)的强度。