基于自主研发的岩石裂隙可视化渗流—注浆装置,通过采用面积数字化自识别技术对空间多角度下裂隙注浆扩散展开试验研究。并针对裂隙扩散所发现的填充率较低、浆液难留存的工程问题,首次提出一种利用磁场强度与磁性浆液相结合的止渗堵漏方法,并自主研发磁流体标定裂隙渗透压力值试验装置,通过该装置研究磁流体在磁场作用下与裂隙渗流水头的关系,首次提出导向式磁液注浆止渗方法,研究磁性浆液导向式止渗堵漏的机理,为实际工程中注浆堵漏提供新思路。其具体研究成果如下:1)岩石裂隙可视化渗流—注浆装置可行性及其功能自主研发裂隙可视化渗流—注浆装置(专利号:CN201910655846.1),提出了二次翻模精确复刻技术制备可视化透明类岩石试件,为研究细微观裂隙渗流提供技术支撑;并研究出一整套面积数字化自识别技术,为准确获取能反映岩石渗流具体特征的相关参数提供技术手段。针对该装置展开了可行性及合理性进行论证分析,获得了原岩裂隙渗流试验和可视化渗流试验差异性系数,并利用该差异性系数得出原岩与可视化渗流量的推导关系式:q0=k0σs=k1fσs=fq1。2)空间多角度下无水注浆扩散机理研究基于裂隙可视化渗流—注浆装置,进行了0°、45°、90°三种不同角度的无水注浆扩散相关试验,分别得出了三种不同角度下法向应力、注浆压力与浆液扩散面积之间的关系;通过对比空间0°、45°及90°三种不同倾角的注浆实验发现:随着裂隙倾角的增大,受到浆液自重效应、裂隙内部气压等因素的影响越明显,导致浆液过流路径不能填充满整条裂隙贯通通道,甚至出现流径收缩和偏移的现象。因此进行注浆堵漏工程时,宜在倾角≤0°下进行,使其充填效果达到最佳。3)空间多角度下动水注浆扩散机理研究基于裂隙可视化渗流—注浆装置,开展了0°、45°、90°三种不同角度的动水注浆扩散试验,研究得出:空间水平角度下浆液稳定扩散形态基本呈U形分布,空间45°倾角动水注浆浆液的稳定扩散形态基本呈“圆弧型”,与空间水平角度动水注浆相比,空间45°倾角下浆液扩散面积缩减了 29%,空间垂直角度下浆液扩散面积缩减了39.7%;并定义f’为空间90°和0°倾角下动水注浆扩散面积扩散的差异性系数,得到了浆液扩散面积Ad与法向应力σf、注浆压力σz之间的半经验公式:Ad’=f’Adt=t1·σft2σz+Bd’/Bd·t3e-t4σ.f。4)裂隙磁液止渗机理研究自主研发了磁流体标定裂隙渗流水头装置(专利号:2019110469981.2),并基于该装置开展了三种不同裂隙开度(3mm、1mm、0.5mm)下的磁流体标定裂隙渗流水头试验,并得出磁感应强度与水头关系:H=t1·et2B,以及裂隙开度与水头的关系:H=t3·dt4,通过试验阐明了磁性浆液在外部磁场作用下具有堵水的作用。首次提出采用导向式磁性注浆—锚固止渗方法,并作出初步探索,开展了磁性吸附、动水抗冲刷以及CT扫描试验研究,说明了加入磁性注浆材料后的锚固体比普通水泥材料的锚固体更加紧密,密实度更好。