本发明涉及隧道工程，特别是涉及一种模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置和方法。
背景技术：
1、隧道施工不可避免地要遭遇断层破碎带，临近破碎带其开挖扰动极易诱发围岩失稳及突水突泥灾害，这将极大增加工程难度与费用，增加工期甚至造成人员伤亡事故。因此，在遇到破碎带时，通常需要对破碎带进行注浆加固，注浆可以填充空隙、固化周围土层，增强隧道的整体稳定性，减少结构变形和破坏的风险。注浆可以增加土体的密实度和强度，提高土体的承载能力，减少隧道结构因地质条件不利而受到的影响。
2、现有的断层隧道注浆模拟装置在隧道埋深、厚度、倾角、注浆范围等方面模拟过于单一，无法精确控制各个变量，无法模拟注浆时的倾角与注浆范围，进而无法研究隧道稳定性与各因素之间的定量关系，所测得的结果与实际应用偏差较大，不具有代表性。因此急需研究能综合实现注浆管倾角、注浆范围和工程地质条件模拟的试验装置。基于上述理由，本发明提供一种模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置和方法。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置和方法，以解决现有技术存在的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置，包括：
3、岩箱承载框架；
4、岩土填充箱，所述岩土填充箱设置在所述岩箱承载框架内，所述岩箱承载框架的内壁与所述岩土填充箱外壁之间设置有间隔；
5、应力加载系统，所述应力加载系统包括周向加载单元、背向加载单元和加载控制系统，所述周向加载单元设置在所述岩土填充箱外周面与所述岩箱承载框架内周面之间，所述背向加载单元设置在所述岩土填充箱背面外壁与所述岩箱承载框架背面内壁之间；
6、固定环，所述岩土填充箱正面开设有安装孔，所述固定环固定连接在所述安装孔内；
7、万向注浆喷嘴，所述万向注浆喷嘴设置有若干组，若干所述万向注浆喷嘴分别安装在所述固定环上，所述万向注浆喷嘴的出料口上安装有注浆管，所述注浆管伸入所述岩土填充箱内；
8、注浆系统，所述注浆系统包括注浆泵，所述注浆泵的出料端通过送料管与所述万向注浆喷嘴连通；
9、其中，所述加载控制系统用于控制所述周向加载单元、所述背向加载单元提供加载力。
10、根据本发明提供的模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置，所述周向加载单元包括固定连接在所述岩箱承载框架内周面上的侧向反力墙，所述侧向反力墙上整列有若干周向加载液压缸，所述周向加载液压缸与所述侧向反力墙之间垂直设置，所述周向加载液压缸的输出端与所述岩土填充箱外周面抵接。
11、根据本发明提供的模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置，所述背向加载单元包括固定连接在所述岩箱承载框架内面内壁上的背向反力墙，所述背向反力墙上整列有若干背向加载液压缸，所述背向加载液压缸与所述背向反力墙之间垂直设置，所述背向加载液压缸的输出端与所述岩土填充箱的背面抵接。
12、根据本发明提供的模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置，所述万向注浆喷嘴包括外连接套和内连接套，所述外连接套固定套设在所述内连接套外壁，所述外连接套的外壁固定连接有连接凸块，所述内连接套一端转动连接有球形连接头，所述球形连接头上固定连通有喷嘴头，所述内连接套的端部螺纹连接有定位螺母，所述定位螺母与所述球形连接头之间限位配合，所述连接凸块与所述固定环之间可拆卸连接，所述注浆管固定连接在所述喷嘴头的一端。
13、根据本发明提供的模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置，所述固定环的内周面上周向开设有若干凹槽，所述凹槽与所述连接凸块的形状相适配，所述连接凸块插接在所述凹槽内，所述连接凸块通过连接件固定在所述凹槽内。
14、根据本发明提供的模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置，所述连接件包括固定螺栓，所述凹槽侧壁开设有穿设孔，所述穿设孔内穿设有所述固定螺栓，所述固定螺栓穿过所述连接凸块固定螺纹连接有固定螺母。
15、根据本发明提供的模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置，所述球形连接头的外表面上设置有刻度线。
16、根据本发明提供的模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置，所述注浆管的侧壁沿轴线方向开设有若干注浆孔。
17、一种模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验方法，包括如下步骤：
18、步骤一，将实验装置组装好，确定万向注浆喷嘴的安装数量以及安装位置，确定万向注浆喷嘴的注浆角度，确定应力加载系统的加载应力值；
19、步骤二，在岩土填充箱内表面提前涂抹脱模剂，将万向注浆喷嘴固定在固定环上，调整万向注浆喷嘴的角度，将围岩相似材料与破碎带相似材料填埋进岩土填充箱内；
20、步骤三，注浆泵通过送料管将浆料注入万向注浆喷嘴，通过万向注浆喷嘴上的注浆管使得浆料进入岩土填充箱，周向加载单元和背向加载单元分别在岩土填充箱的周向以及背向施加压力，模拟隧道不同深度的压力，详细记录万向注浆喷嘴的倾角，注浆范围，注浆量以及应力加载数值；
21、步骤四，注浆结束，拆除设备，将破碎带岩土填充箱内岩土注浆脱模，并对注浆后的破碎带稳定性、抗拉抗压性能测试；
22、步骤五，改变万向注浆喷嘴的数量以及注浆角度以及应力加载系统的输出应力值，重复步骤二至步骤四进行多组对比实验；
23、步骤六，总结不同参数下注浆后破碎带稳定性，确定最佳注浆倾角及注浆范围参数。
24、本发明公开了以下技术效果：
25、本发明工作时，首先将实验装置组装好，确定万向注浆喷嘴的安装数量以及安装位置，确定万向注浆喷嘴的注浆角度，确定应力加载系统的加载应力值；在岩土填充箱内表面提前涂抹脱模剂，将万向注浆喷嘴固定在固定环上，将围岩相似材料与破碎带相似材料填埋进岩土填充箱内；注浆泵通过送料管将浆料注入万向注浆喷嘴，通过万向注浆喷嘴上的注浆管使得浆料进入岩土填充箱，周向加载单元和背向加载单元分别在岩土填充箱的周向以及背向施加压力，模拟隧道不同深度的压力，详细记录万向注浆喷嘴的倾角，注浆范围，注浆量以及应力加载数值；注浆结束，拆除设备，将破碎带岩土填充箱内岩土注浆脱模，并对注浆后的破碎带稳定性、抗拉抗压性能测试；改变万向注浆喷嘴的数量以及注浆角度以及应力加载系统的输出应力值多次重复获取相关数值，总结不同参数下注浆后破碎带稳定性，确定最佳注浆倾角及注浆范围参数。
26、本发明通过应力加载系统的设置能够为隧道断层破碎带变形破坏模拟装置提供多个方向施加荷载，使模拟装置的模拟结果更加符合真实环境。
27、本发明通过设置可调角度的万向注浆喷嘴，使得装置能够模拟不同角度下注浆，从而寻找最佳注浆角度，为实际施工提供理论指导。
1.一种模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置，其特征在于：所述周向加载单元包括固定连接在所述岩箱承载框架(1)内周面上的侧向反力墙(6)，所述侧向反力墙(6)上整列有若干周向加载液压缸(7)，所述周向加载液压缸(7)与所述侧向反力墙(6)之间垂直设置，所述周向加载液压缸(7)的输出端与所述岩土填充箱(2)外周面抵接。
3.根据权利要求1所述的一种模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置，其特征在于：所述背向加载单元包括固定连接在所述岩箱承载框架(1)内面内壁上的背向反力墙(8)，所述背向反力墙(8)上整列有若干背向加载液压缸，所述背向加载液压缸与所述背向反力墙(8)之间垂直设置，所述背向加载液压缸的输出端与所述岩土填充箱(2)的背面抵接。
4.根据权利要求1所述的一种模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置，其特征在于：所述万向注浆喷嘴(4)包括外连接套(9)和内连接套(10)，所述外连接套(9)固定套设在所述内连接套(10)外壁，所述外连接套(9)的外壁固定连接有连接凸块(11)，所述内连接套(10)一端转动连接有球形连接头(12)，所述球形连接头(12)上固定连通有喷嘴头(13)，所述内连接套(10)的端部螺纹连接有定位螺母(14)，所述定位螺母(14)与所述球形连接头(12)之间限位配合，所述连接凸块(11)与所述固定环(3)之间可拆卸连接，所述注浆管(17)固定连接在所述喷嘴头(13)的一端。
5.根据权利要求4所述的一种模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置，其特征在于：所述固定环(3)的内周面上周向开设有若干凹槽，所述凹槽与所述连接凸块(11)的形状相适配，所述连接凸块(11)插接在所述凹槽内，所述连接凸块(11)通过连接件固定在所述凹槽内。
6.根据权利要求5所述的一种模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置，其特征在于：所述连接件包括固定螺栓(15)，所述凹槽侧壁开设有穿设孔，所述穿设孔内穿设有所述固定螺栓(15)，所述固定螺栓(15)穿过所述连接凸块(11)固定螺纹连接有固定螺母。
7.根据权利要求4所述的一种模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置，其特征在于：所述球形连接头(12)的外表面上设置有刻度线。
8.根据权利要求1所述的一种模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置，其特征在于：所述注浆管(17)的侧壁沿轴线方向开设有若干注浆孔(16)。
9.一种模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验方法，基于权利要求1-8任一项所述的模拟隧道断层破碎带注浆加固的试验装置，其特征在于，包括如下步骤：
