测定地下工程中裂隙围岩锚注渗流规律的方法

摘要

本发明公开了测定地下工程中裂隙围岩锚注渗流规律的方法，依据大量的实验，数据全面可靠，岩石的裂隙密度为一个变量，影响充填贯通裂隙围岩锚注渗流规律的显著性因素为一组变量，控制岩石裂隙程度不变，对显著性因素进行多因素多水平的全面实验，依据渗透系数最小的原则，确定岩石在不同的裂隙密度情况下对应的各显著性因素的最优水平；本发明在全面试验后，经过回归分析得到多因素对围岩裂隙密度的关系式，并且根据实验结果最优原则，整理成由围岩裂隙密度与各显著性因素相对应的经验表格，对以后地下工程中渗流治理以及渗流环境下的支护设计与实施具有指导意义。

说明书

技术领域

本发明属于地下工程中安全技术领域，特别涉及测定地下工程中裂隙围岩锚注渗流规律的方法。

背景技术

地下工程中岩体的裂隙发育程度不尽相同，地下开挖会造成岩体裂隙程度加重，以及地下工程经过自然的岩体裂隙带，会对地下工程的安全造成极大的威胁。岩体裂隙程度过重可能导致岩石脱落，导致围岩自身强度不足，从而影响地下工程的稳定性。通过对地下工程裂隙围岩进行注浆加固,改变围岩强度，从而充分发挥围岩的自身承载力。经过注浆加固后的岩体，其力学参数、渗透规律等存在着巨大的差异。同样，注浆锚固是当今地下工程中最常用的支护方式，也是当今岩石力学研究的热点之一。

对裂隙岩体进行注浆加固，虽然有不少学者对其渗透规律进行研究，但目前仍没有较为完善的实验方案及评价机制。每遇到不同的地质环境都需要进行试验探究其渗透性，缺乏资料和数据参考，导致实验过程中资源大量浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种测定地下工程中裂隙围岩锚注渗流规律的方法。通过对影响贯通裂隙围岩锚注渗透规律的各因素进行正交试验，分析得到对贯通裂隙围岩锚注渗透规律影响显著的因素，对影响显著性因素以及其不同水平进行全面实验，得出大量数据后利用回归分析的方法，分析得到影响显著性因素与围岩裂隙程度的回归关系式。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

测定地下工程中裂隙围岩锚注渗流规律的方法，具体步骤如下：

1)根据地下工程现场采集的岩石石块来模拟地下工程中的岩体环境，测定岩石的裂隙程度；

2)对步骤1)中的岩石石块进行钻孔、注浆，并控制钻孔和注浆中相应的影响因素；

3)将岩石置于渗流实验系统中，测得岩石的渗透系数；

4)找到对渗透系统影响显著的主要因素，剔除次要因素；

5)对主要因素进行多水平的全面试验；

6)根据全面实验的结果找出主要因素与围岩裂隙程度的回归关系式，即得到裂隙围岩锚注渗流规律。

进一步地，所述步骤1)和步骤6)中围岩裂隙程度的测定量为裂隙密度。

进一步地，所述步骤2)中钻孔中控制的影响因素是钻杆的长度、直径、倾角和相邻钻孔的孔距。

进一步地，所述步骤2)中注浆中控制的影响因素是水泥浆中水灰比、水泥的强度等级和注浆压力。

进一步地，对所述步骤2)中的影响因素通过正交实验的方法处理影响因素的实验数据。

进一步地，所述步骤4中根据渗透系数最小的原则，找出对渗透系统影响显著的主要因素。

进一步地，所述步骤6)中利用回归分析的方法找出主要因素与围岩裂隙程度的回归关系式。

进一步地，采用正交实验的方法的具体过程为：钻孔长度l，钻孔直径为d，倾斜角度为α，填充物的级配为ε，水泥强度等级为ω，水灰比为n,注浆压力为s等作为影响填充贯通裂隙围岩锚注渗流规律的相关因素，根据工程经验和已发表的相关成果，确定各因素水平的大致范围，并从中确定试验方案中所采用的各因素水平，将相应因素各水平组合来设计试验方案。

进一步地，采用正交实验的方法包括极差R分析、方差分析以及贡献率M分析，极差R分析考虑误差的影响，空白列的极值R’若大于因素极值R_i，则可能该因素对填充贯通裂隙围岩锚注渗流规律影响不显著；

贡献率M分析为K因素平方和与总平方和之比，即M＝S_K/S，贡献率愈大，则表示该项因素对该评价指标的影响能力愈强。

进一步地，根据主要因素与围岩裂隙程度的回归关系式，整理出围岩裂隙程度与各主要因素相对应的经验表格，以指导工程实践。

本发明的工作原理是：通过对影响贯通裂隙围岩锚注渗透规律的各因素进行正交试验，分析得到对贯通裂隙围岩锚注渗透规律影响显著的因素，对影响显著性因素以及其不同水平进行全面实验，得出大量数据后利用回归分析的方法，分析得到影响显著性因素与围岩裂隙程度的回归关系式，以得到渗流规律。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明的实验材料取自工程现场的大型岩石石块，能较好的模拟地下工程真实情况，能对充填贯通裂隙围岩锚注渗流规律实现有效的探索。

2)本发明依据大量的实验，数据全面可靠，岩石的裂隙密度为一个变量，影响充填贯通裂隙围岩锚注渗流规律的显著性因素为一组变量，控制岩石裂隙程度不变，对显著性因素进行多因素多水平的全面实验，依据渗透系数最小的原则，确定岩石在不同的裂隙密度情况下对应的各显著性因素的最优水平。

3)本发明在全面试验后，经过回归分析得到多因素对围岩裂隙密度的关系式，并且根据实验结果最优原则，整理成由围岩裂隙密度与各显著性因素相对应的经验表格，对以后地下工程中渗流治理以及渗流环境下的支护设计与实施具有指导意义。

附图说明

图1是填充贯通裂隙围岩锚注示意图；

其中，1.岩石石块，2.锚杆。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

测定地下工程中裂隙围岩锚注渗流规律的方法，包括以下步骤：

步骤一：在地下工程现场采集大型的岩石石块，以此为研究对象来模拟地下工程中的岩体环境，对大型岩石的裂隙程度进行测定，得到其裂隙密度；

步骤二：设计填充贯通裂隙围岩锚注渗流正交试验方案；

填充贯通裂隙围岩锚注渗流正交试验方案，其过程为：钻孔长度l，钻孔直径为d，倾斜角度为α，填充物的级配为ε，水泥强度等级为ω，水灰比为n,注浆压力为s等作为影响填充贯通裂隙围岩锚注渗流规律的相关因素，根据工程经验和已发表的相关成果，确定各因素水平的大致范围，并从中确定试验方案中所采用的各因素水平，将相应因素各水平组合来设计试验方案，例如l_id_jα_kε_lω_mn_ns_o代表l因素第i水平、d因素第j水平、α因素第k水平、ε因素第l水平等组合的试验方案

步骤三：根据施工经验以及相应规范，对大型岩石进行钻孔、注浆，并根据正交实验方案，控制钻孔长度、直径、倾角、孔距，以及水泥浆中水灰比、水泥强度等级、注浆压力等因素；

对大型岩石石块进行注浆，采用的方法为工程中采用的一般方法，并尽可能的与工程现场一致。

步骤四：将大型岩石置于相应的渗流实验系统中，测得其渗透系数；

所述的渗流实验系统为大型的带渗透装置电液伺服岩石试验系统，渗透系数为填充贯通裂隙围岩锚注渗流规律的评价指标。

步骤五：处理正交实验数据，根据渗透系数最小的原则，找出注浆和锚杆显著性因素，剔除次要因素；

正交试验处理方法，依据数据处理结果综合分析判断，确定影响填充贯通裂隙围岩锚注渗流规律较显著的因素。

所述正交试验处理方法包括极差R分析、方差分析以及贡献率M分析。

所述极差R分析需考虑误差(空白列)的影响，空白列的极值R’若大于因素极值R_i，则可能该因素对填充贯通裂隙围岩锚注渗流规律影响不显著。

所述贡献率M分析为K因素平方和与总平方和之比，即M＝S_K/S，贡献率愈大，则表示该项因素对该评价指标的影响能力愈强。

步骤六：对注浆和锚杆各著性因素进行多因素多水平的全面实验；

对渗透规律影响显著性因素进行多因素多水平的全面实验，假如钻孔倾角α、水泥强度等级为ω,注浆压力为s为显著性影响因素，其分别有k、m、o各水平，则试验方案为α_kω_ms_o,则共要进行k×m×o次试验。

步骤七：根据全面实验数据的规律，利用回归分析的方法，找到注浆和锚杆各显著性因素与围岩裂隙密度的回归关系式；

回归分析的方法，利用多元二次多项式线性回归模型，利用最小二乘法的原理和全面试验数据，找到注浆和锚杆各显著性因素与围岩裂隙密度的回归关系式。

步骤八：根据实验结果最优原则，即渗透系数最小，整理成由围岩裂隙密度与注浆和锚杆各显著性因素相对应的经验表格；

步骤九：研究成果指导地下工程渗流控制和支护稳定的工程实践。

具体地，

步骤一：在地下工程现场采集大型的岩石石块，以此为研究对象来模拟地下工程中的岩体环境，对大型岩石的裂隙程度进行测定，得到其裂隙密度作为裂隙程度的评价指标；

步骤二：设计填充贯通裂隙围岩锚注渗流正交试验方案，根据施工经验以及相应规范，用中空注浆锚杆对大型岩石进行钻孔、注浆，并根据正交实验方案，控制钻孔长度l、直径d、倾角α、孔距，以及水泥浆中水灰比、水泥强度等级、注浆压力等因素，l_id_jα_kε_lω_mn_ns_o代表l因素第i水平、d因素第j水平、α因素第k水平、ε因素第l水平等组合的试验方案；

步骤三：大型岩石置于相应的渗流实验系统中，测得其渗透系数；

步骤四：处理正交实验数据，找到对渗透规律影响显著性因素，剔除次要因素，然后对影响渗透规律显著性因素进行多因素多水平的全面实验；

步骤五：根据全面实验数据的规律，利用回归分析的方法，找到影响显著性因素与围岩裂隙密度的回归关系式，并根据实验结果最优原则，整理成由围岩裂隙程度与各显著性因素相对应的经验表格。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围进行限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或改变后仍在本发明的保护范围以内。