修补库区水位涨落带劣质岩体的装置及方法

本发明涉及劣质岩体裂缝的修补，具体涉及一种修补库区水位涨落带劣质岩体的装置及方法。

背景技术：

1、库区水位涨落带岩体劣化是河流、湖泊及水库特有地质现象，其形成过程与周期性蓄(泄)水或季节性水位涨落密切相关。由于自然条件和人类工程活动引起的库水位反复升降对库岸岩体造成的浸泡、震荡、溶蚀及冲刷等效应会导致消落带岩体产生明显损伤劣化效应，即该种复合作用最终会使水位涨落带岩体强度显著衰减，其极大程度上削弱了库岸边坡稳定性。库区水位涨落带是典型水-岩相互作用带，水位涨落带岩体尤其在库水位反复升降条件下往往处于干湿周期循环状态，该种条件下岩体所遭受的劣化作用属于疲劳损伤，且其损伤劣化程度随干湿循环次数增加而累积发展直至岸坡达临界失稳状态，进一步将会诱发地质灾害。

2、由于岩体表层会存在大小不一的裂缝和孔隙，在干湿循环作用的情况下，会导致岩体内部的黏土矿物发生收缩膨胀、水解，从而减弱甚至破坏岩体内部颗粒间的胶结性，并且在水的长期浸入下，会影响岩体内部孔隙和裂隙的生长发育。在两者的共同作用下，库区水位涨落带岩体会劣化，强度降低，质量下降。

3、在这个基础上，修补库区水位涨落带劣质岩体可以通过采用加压的方式往劣质岩体注入浆液来加固、增强岩体强度。常规的注浆材料，比如水泥砂浆，其粘度高，凝结快，在细小的岩体裂隙中流动性差，密实度差，而且由于受干湿循环及水压力的影响，导致岩体的微小裂隙进一步发展扩张，导致水位涨落带劣质岩体的修补效果差。而化学浆材虽然使用广泛、粘度高、可注性好，但也存在着安全性能低、对环境污染大、价格昂贵等不足。常规的注浆装置存在着操作复杂，与常规注浆材料结合注浆效率一般的不足。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种修补库区水位涨落带劣质岩体的装置及方法，以解决现有技术常规的注浆装置存在着操作复杂，与常规注浆材料结合注浆效率一般的问题。

2、本发明通过以下技术方案实现：

3、一种修补库区水位涨落带劣质岩体的装置，包括大豆溶液储存区、碳酰胺—钙源混合溶液储存区和注浆液预反应区；

4、所述大豆溶液储存区和碳酰胺—钙源混合溶液储存区设于注浆液预反应区上方，所述大豆溶液储存区和碳酰胺—钙源混合溶液储存区并联连通于注浆液预反应区；

5、还包括加注机构，所述加注机构用于将注浆液预反应区内的流体向外输送，并注入岩层内。

6、进一步限定，所述加注机构包括注射泵和注浆组件，所述注射泵进口连通有用于储存纯净水的纯净水储存区，所述注射泵的出口与注浆液预反应区内部连通；

7、所述注浆组件包括注浆管，所述注浆管一端与注浆液预反应区内部连通，另一端用于伸入岩层内。

8、一种修补库区水位涨落带劣质岩体的方法，包括以下步骤：

9、s01、在劣质岩体裂缝区域钻取孔洞，布置注浆孔，注浆孔整体按照方块型布置，一个方块为一组；

10、垂直方向的钻孔间距为1.5-2.5m，水平方向的钻孔间距1-2m，位于上排的钻孔距顶板0.4-0.5m，位于下排的钻孔距底板0.4-0.5m；

11、s02、制备注入劣质岩体裂隙的注浆液，将制备完成的注浆液分别加入大豆溶液储存区和碳酰胺—钙源混合溶液储存区；

12、s03、设定好注浆管，将注浆管伸入劣质岩体裂隙中；

13、s04、使用注射泵注入清水对岩层的裂隙进行注水实验，控制注浆装置中的注射泵为低压；关闭大豆溶液储存区和碳酰胺—钙源混合溶液储存区的阀门，其余管路中的阀门均打开；

14、将未清洗干净但仍残留在孔底或粘附在孔壁上的杂质推到注浆范围之外，通过观察注射泵的流速与时间测量钻孔的吸水量；

15、s05、打开大豆溶液储存区和碳酰胺—钙源混合溶液储存区的阀门以及纯净水的阀门，通过注射泵先采用低压注浆将配置好的注浆液通过所述注浆管注入岩体裂隙；

16、注射泵加压时，时刻观察压力表的变化；

17、注浆完成后关闭所有阀门，并静置2h再打开注浆管的回浆阀，使剩余废液流出；

18、s06、通过注射泵采用低压注水确定其渗漏水量，观察压力表变化，当压力上升速度较快时即可结束注浆。

19、进一步限定，所述注浆装置连通的注浆管与注浆孔两两相对，相邻两排对角垂直，注浆孔按照注浆管的大小布置，注浆液扩散半径r计算公式为：

20、

21、其中式中r为不同注浆压力下混合浆液扩散半径(m)；

22、r0为注浆孔半径(cm)；

23、p为注浆压力(mpa)；

24、k为所注岩体渗透系数(cm/s)；

25、t为注浆所需时间(s)；

26、n为所注岩体孔隙率；

27、u为混合浆液黏度。

28、进一步限定，注浆量公式为：

29、q＝πr2lnαβ

30、q为反应后浆液量(m3)；

31、r为注浆液扩散半径(m)；

32、l为注浆管伸入岩体裂隙的有效长度(m)；

33、n为所注岩体的孔隙率；

34、α为岩层填充系数；

35、β为浆液损耗系数；

36、进一步限定，所述注浆液包括以下成分：碳酰胺溶液和钙源溶液的混合溶液、含尿素胺基水解酶的蛋白酶液和纯净水。

37、所述钙源溶液为氯化钙溶液，碳酰胺溶液和钙源溶液的浓度相同，均为0.5-1.5mol/l；

38、蛋白酶液为大豆种子的提取液；

39、纯净水为去离子水。

40、进一步限定，所述蛋白酶液的制备方法为：

41、将大豆研磨成粉末状，且以每13-20g大豆粉末与每500ml纯净水混合的配比进行混合得到混合溶液；

42、而后将混合溶液在4℃-8℃环境下静置30min后取上层清液，得到蛋白酶液。

43、本发明的有益效果在于：

44、该一种修补库区水位涨落带劣质岩体的装置及方法:

45、1、使用了一种新型注浆装置，分隔了注浆液储存区和注射泵，通过观察压力表变化，能规律控制整个注浆过程。

46、2、一种制备好的注浆液混合反应后生成的胶结物粘结效果好且强度高，具有较好的耐久性和抗渗性且尿素和钙源的混合溶液与菽的过滤清液具有较好的流动性，能进入到劣质岩体裂隙深部，充分修补岩体裂隙，增强修补后岩体的强度和稳定性。

47、3、采用了一种新型的修复劣质岩体裂隙的注浆材料，对环境友好、经济高效，避免了常规注浆材料和化学注浆材料的一些缺点。

48、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种修补库区水位涨落带劣质岩体的装置，其特征在于：包括大豆溶液储存区、碳酰胺—钙源混合溶液储存区和注浆液预反应区；

2.一种修补库区水位涨落带劣质岩体的装置，其特征在于：所述加注机构包括注射泵和注浆组件，所述注射泵进口连通有用于储存纯净水的纯净水储存区，所述注射泵的出口与注浆液预反应区内部连通；

3.一种修补库区水位涨落带劣质岩体的方法，其特征在于：包括以下步骤：

4.根据权利要求书3所述的一种修补库区水位涨落带的方法，其特征在于：所述注浆装置连通的注浆管与注浆孔两两相对，相邻两排对角垂直，注浆孔按照注浆管的大小布置，注浆液扩散半径r计算公式为

5.根据权利要求书3所述的一种修补库区水位涨落带的方法，其特征在于：注浆量公式为：

6.根据权利要求书2所述的一种修补库区水位涨落带的方法，其特征在于：所述注浆液包括以下成分：碳酰胺溶液和钙源溶液的混合溶液、含尿素胺基水解酶的蛋白酶液和纯净水。

7.根据权利要求书6所述的一种修补库区水位涨落带的方法，其特征在于：所述蛋白酶液的制备方法为：

技术总结本发明涉及一种修补库区水位涨落带劣质岩体的装置及方法，包括大豆溶液储存区、碳酰胺—钙源混合溶液储存区和注浆液预反应区；所述大豆溶液储存区和碳酰胺—钙源混合溶液储存区设于注浆液预反应区上方，所述大豆溶液储存区和碳酰胺—钙源混合溶液储存区并联连通于注浆液预反应区；还包括加注机构，所述加注机构用于将注浆液预反应区内的流体向外输送，并注入岩层内。本技术方案，通过观察压力表变化，能规律控制整个注浆过程，反应后生成的胶结物粘结效果好且强度高，具有较好的耐久性和抗渗性且尿素和钙源的混合溶液与菽的过滤清液具有较好的流动性，能进入到劣质岩体裂隙深部，充分修补岩体裂隙，增强修补后岩体的强度和稳定性。技术研发人员：宋晨鹏,张丰收,刘睿琛,张旋,沈贤达,黄俊凯,周思怡,杨晨静,粟宇锋受保护的技术使用者：重庆交通大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13