一種圍巖內裂隙網絡可視化取樣方法
【專利摘要】本發明涉及一種圍巖內裂隙網絡可視化取樣方法。本發明的目的是提供一種操作簡單、成本較低的圍巖內裂隙網絡可視化取樣方法，以有效避免鉆孔取芯過程中對巖芯造成的二次損傷，保證損傷區內巖芯的真實的完整裂隙網絡。本發明的技術方案是：一種圍巖內裂隙網絡可視化取樣方法，緊貼圍巖筑有襯砌，在圍巖開挖損傷區中鉆設有灌注孔，其特征在于：灌注孔孔口設有封隔器，灌注孔內置有穿過封隔器的灌注管和回漿管，其中灌注管一端需穿過襯砌并保證入巖10cm，另一端接灌注容器，灌注容器連通氮氣罐，所述灌注容器上接有數據采集用計算機和監測容器壓力的壓力表。本發明適用于地下工程領域。
【專利說明】—種圍巖內裂隙網絡可視化取樣方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種圍巖內裂隙網絡可視化取樣方法。適用于地下工程領域。
【背景技術】
[0002]地下工程開挖以后圍巖會出現損傷和應力重分布現象，尤其是在高應力條件下，圍巖的損傷更加嚴重。根據相關的研究成果，損傷包括開挖方法如爆破釋放的能量沖擊圍巖形成的損傷、圍巖應力重分布及其他因素如溫度和濕度變化等導致裂隙擴展形成的損傷，損傷的存在必定導致裂隙的擴展。完整的真實的裂隙網絡對研究損傷區特征具有非常重要的作用。
[0003]損傷區特征研究的兩個關鍵問題是評價和取樣。在加拿大URL建設過程中在幾個試驗場地對圍巖開挖損傷演化過程進行了系統研究，圍巖損傷采用了多種方法進行評估，如鉆爆法開挖以后的殘余爆破孔半孔率、可見裂紋形態和數量的描述、可見破壞形態、波速變化、地下水滲透性變化、透氣性變化、聲發射測試等，綜合這些成果對URL特定條件下的圍巖損傷演化過程有了比較全面的認識，但這些技術手段都不能直接對圍巖內部裂隙特征進行描述，對圍巖的裂隙網絡沒有一個直觀的認識，其中根本的原因還是在取樣過程中，由于開挖卸荷作用圍巖產生新的裂隙或者餅化，無法真實再現圍巖內部的裂隙網絡，也就對圍巖內部的真實狀態沒有清晰的認識。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是:針對上述存在的問題，提供一種操作簡單、成本較低的圍巖內裂隙網絡可視化取樣方法，以有效避免鉆孔取芯過程中對巖芯造成的二次損傷，保證損傷區內巖芯的真實的完整裂隙網絡。
[0005]本發明所采用的技術方案是:一種圍巖內裂隙網絡可視化取樣方法，緊貼圍巖筑有襯砌，在圍巖開挖損傷區中鉆設有灌注孔，其特征在于:灌注孔孔口設有封隔器，灌注孔內置有穿過封隔器的灌注管和回漿管，其中灌注管一端需穿過襯砌并保證入巖10cm，另一端接灌注容器，灌注容器連通氮氣罐，所述灌注容器上接有數據采集用計算機和監測容器壓力的壓力表；
所述圍巖內裂隙網絡可視化取樣方法步驟如下:
a、在已經形成的圍巖開挖損傷區中鉆取一個灌注孔；
b、利用灌注孔向裂隙中灌注環氧樹脂，該環氧樹脂中混有熒光材料；
C、待環氧樹脂完成聚合反應后，且抗拉強度達到5MPa，在灌注孔的基礎上同軸鉆設套孔，取出套孔內巖芯；
d、利用紫外線燈觀察所取巖芯的完整裂隙網絡，記錄裂隙的數目、方位角、密度和跡長。
[0006]每15L環氧樹脂中混入20g熒光材料。
[0007]所述熒光材料具體采用紫外光源用熒光粉。[0008]所述環氧樹脂的灌注壓力由加壓的氮氣提供，灌注壓力為0.2^0.5MPa。
[0009]所述環氧樹脂注入巖石中時其溫度控制在1(T15°C，聚合反應時間f 1.5h。
[0010]所述灌注孔孔徑3(T50mm，孔深1.(Tl.5m ;所述套孔孔徑22(T270mm。
[0011]本發明的有益效果是:通過向裂隙中灌注環氧樹脂可以有效避免鉆孔取芯過程中對巖芯造成的二次損傷，保證損傷區內巖芯的真實的完整裂隙網絡，并且利用熒光材料可以在紫外線下對裂隙網絡進行直接的觀察和記錄，現場操作簡單，造價低廉，可以為研究損傷區內裂隙網絡的分布提供最直接的依據。
[0012]【專利附圖】
【附圖說明】
圖1為本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，本實施例中緊貼圍巖I筑有襯砌5，在圍巖開挖損傷區中鉆設有灌注孔2，灌注孔2穿透襯砌，在灌注孔2孔口位置設置封隔器11，灌注孔2內置有灌注管6和回漿管7，其中灌注管6的一端穿過襯砌5并保證入巖10cm，另一端穿過封隔器11接灌注容器8，灌注容器8連通氮氣罐10 ;回漿管7 —端位于灌注孔2內，另一端穿過封隔器11，置于襯砌5的外面。本例中在灌注容器8上接有數據采集用計算機9和監測容器壓力的壓力表12。
[0014]回漿管7的主要作用是將灌注中產生的空氣排出和當灌注完后可以將回流的樹脂排出。灌注容器8要保持平衡，并且要通過監測儀器監測流量和時間，以保證流速可以被直接計算出來。灌注壓力利用氮氣來實現控制，灌注容器的壓力也要被監測，灌注壓力大約為 0.2~0.5MPa。`
[0015]本實施例為一種圍巖內裂隙網絡可視化取樣方法，步驟如下:
a、在已經形成的圍巖開挖損傷區中鉆取一個灌注孔2，鉆孔直徑大約40mm，長度約
1.4m。在鉆孔過程中要注意使用冷卻設備，以防由于膨脹導致裂隙網絡發生變化。
[0016]b、將大約15L環氧樹脂裝進灌注容器8中，并利用灌注管6、灌注孔2向裂隙中灌注環氧樹脂。在環氧樹脂中混入20g熒光材料(紫外光源用)，以方便在紫外線下對裂隙進行直接觀察。
[0017]C、當環氧樹脂注入巖石中時，溫度控制在13°C左右為宜，聚合反應的時間要大約Ih (如果聚合反應的時間過短，裂隙難以被全部充滿)，而且抗拉強度必需要達到5MPa (套鉆過程中如果抗拉強度太小巖芯很容易斷裂)，要求的抗拉強度要在3個星期后才能獲得。3星期后(抗拉強度達到5MPa)，在灌注孔2的基礎上同軸鉆設套孔3，套孔3直徑為252mm，采用氣冷鉆孔，鉆孔完成后取出套孔內巖芯4。
[0018]d、利用紫外線燈觀察所取巖芯4的完整裂隙網絡，并記錄下裂隙的數目、方位角、密度、跡長等，以方便后期選用。
【權利要求】
1.一種圍巖內裂隙網絡可視化取樣方法,緊貼圍巖（I)筑有襯砌（5),在圍巖開挖損傷區中鉆設有灌注孔（2)，其特征在于：灌注孔（2)孔口設有封隔器（11)，灌注孔（2)內置有穿過封隔器（11)的灌注管（6)和回漿管（7)，其中灌注管（6) —端需穿過襯砌（5)并保證入巖10cm，另一端接灌注容器（8)，灌注容器（8)連通氮氣罐（10)，所述灌注容器（8)上接有數據采集用計算機（9)和監測容器壓力的壓力表（12)； 所述圍巖內裂隙網絡可視化取樣方法步驟如下： a、在已經形成的圍巖開挖損傷區中鉆取一個灌注孔（2); b、利用灌注孔（2)向裂隙中灌注環氧樹脂，該環氧樹脂中混有熒光材料； C、待環氧樹脂完成聚合反應后，且抗拉強度達到5MPa，在灌注孔的基礎上同軸鉆設套孔（3)，取出套孔（3)內巖芯（4)； d、利用紫外線燈觀察所取巖芯（4)的完整裂隙網絡，記錄裂隙的數目、方位角、密度和跡長。
2.根據權利要求1所述的圍巖內裂隙網絡可視化取樣方法，其特征在于：每15L環氧樹脂中混入20g熒光材料。
3.根據權利要求2所述的圍巖內裂隙網絡可視化取樣方法，其特征在于：所述熒光材料具體采用紫外光源用熒光粉。
4.根據權利要求1所述的圍巖內裂隙網絡可視化取樣方法，其特征在于：所述環氧樹脂的灌注壓力由加壓的氮氣提供，灌注壓力為O. 2^0. 5MPa。
5.根據權利要求1所述的圍巖內裂隙網絡可視化取樣方法，其特征在于：所述環氧樹脂注入巖石中時其溫度控制在1(T15°C，聚合反應時間f I. 5h。
6.根據權利要求1所述的圍巖內裂隙網絡可視化取樣方法，其特征在于：所述灌注孔(2)孔徑3(T50mm，孔深I. (Tl. 5m ;所述套孔（3)孔徑220~270_。
【文檔編號】G01N1/04GK103837366SQ201410085097
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月10日 優先權日:2014年3月10日
【發明者】劉寧, 鄔遠祥 申請人:中國水電顧問集團華東勘測設計研究院有限公司
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