一种变倾角断层滑移模拟试验方法与流程

文档序号:24300074发布日期:2021-03-17 00:51阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种变倾角断层滑移模拟试验方法,其特征在于,采用试样装置和加载装置;

所述试样装置包括底板、滑动隔板、组合压板和转动挡板;底板的前后边沿均开设滑槽,底板的左右侧均布置滑动隔板,滑动隔板的前后端均设置有滑块,滑块滑动连接于滑槽内;底板的前后侧均布置组合压板,组合压板由多个压块依次首尾拼接而成,组合压板的两端拼接滑动隔板的末端;底板的中间位置布置转动挡板,转动挡板包括固定板和滑动板,所述固定板转动连接底板的中间位置且固定板可拆卸连接底板,所述固定板的两侧均滑动连接一块滑动板;滑动板的末端设置有定位件,所述定位件可拆卸连接组合压板;

所述加载装置包括加载支承台、顶部加载压头、顶部承压单元、底部加载压头、侧加载压头、侧承压单元、承力座、应变片、声发射检波器、计算机和相机;加载支承台包括底座、左加载支承架、右加载支承架和上加载支承架,底座的左右侧分别设置左加载支承架和右加载支承架,左加载支承架和右加载支承架上架设上加载支承架;上加载支承架上设置顶部加载压头;顶部承压单元包括传力柱、滚柱和上承压板,传力柱的上端连接顶部加载压头,传力柱的下端并排转动连接多个滚柱,上承压板的一侧设置向下弯折的挡片;底座上设置底部加载压头;左加载支承架上设置承力座,承力座的右端从上到下并排转动连接多个滚柱;右加载支承架上设置侧加载压头;侧承压单元包括导向轴、直线轴承、侧承压板和滚柱,底座上于右侧设置导向轴,导向轴上设置直线轴承,直线轴承上设置侧承压板,侧承压板的左端从上到下并排转动连接多个滚柱;

所述方法包括如下步骤:

步骤1、试样制备

转动固定板至设定角度以模拟设定角度的断层倾角,使滑动板相对于固定板伸缩,通过定位件将滑动板连接组合压板进行定位,底板、滑动隔板及组合压板围成半包围腔体,转动挡板将半包围腔体分隔成两个腔体,在底板的上表面、滑动隔板的内壁、组合压板的内壁及转动挡板的表面涂抹润滑油,将第一类岩石材料注入到两个腔体,待第一类岩石材料凝固成型为类岩石试样后,拆卸转动挡板及底板,去除类岩石试样表面的润滑油,对类岩石试样进行养护;

其中,分别注入到两个腔体的第一类岩石材料为同种材料或不同种材料;

步骤2、试样装配

定义转动挡板后方腔体内的类岩石试样为下盘试样,定义转动挡板前方腔体内的类岩石试样为上盘试样,下盘试样与上盘试样共同组成类岩石试样,下盘试样与上盘试样搭接的界面为断层界面,在类岩石试样的上侧及下侧放置组合压板,在类岩石试样的左侧及右侧放置滑动隔板,将组合压板拼接滑动隔板,组合压板在断层界面位置断开;

步骤3、加载准备

类岩石试样中,将下盘试样放置于左下方,将上盘试样放置于右上方,下盘试样下侧的组合压板贴合底部加载压头,下盘试样左侧的滑动隔板贴合承力座上的多个滚柱,在上盘试样上侧放置顶部承压单元,上盘试样上侧的组合压板贴合上承压板,上盘试样右侧的滑动隔板顶部位置贴合挡片,上盘试样右侧的滑动隔板除顶部位置外的其他位置贴合侧承压板上的多个滚柱;

或者,类岩石试样中,将下盘试样放置于右下方,将上盘试样放置于左上方,上盘试样下侧的组合压板贴合底部加载压头,上盘试样左侧的滑动隔板贴合承力座上的多个滚柱,在下盘试样上侧放置顶部承压单元,下盘试样上侧的组合压板贴合上承压板,下盘试样右侧的滑动隔板顶部位置贴合挡片,下盘试样右侧的滑动隔板除顶部位置外的其他位置贴合侧承压板上的多个滚柱;

在类岩石试样表面断层界面沿线布置应变片,在类岩石试样表面左右两侧布置声发射检波器,在类岩石试样表面涂抹散斑,将相机对准类岩石试样表面,将顶部加载压头、底部加载压头、侧加载压头、应变片、声发射检波器及相机分别与计算机信号连接;

步骤4、试样加载

当“类岩石试样中,将下盘试样放置于左下方,将上盘试样放置于右上方”时,

计算机先驱动侧加载压头对类岩石试样施加设定压力的侧向应力,计算机再驱动顶部加载压头对类岩石试样施加设定压力的轴向应力;上盘试样相对于下盘试样正倾向滑移过程中,侧承压板沿水平向右移动,传力柱下端的多个滚柱沿上承压板的表面滚动,侧承压板左端的多个滚柱沿上盘试样右侧的滑动隔板的表面滚动;

当“类岩石试样中,将下盘试样放置于右下方,将上盘试样放置于左上方”时,

计算机先驱动侧加载压头对类岩石试样施加设定压力的侧向应力,计算机再驱动底部加载压头对类岩石试样施加设定压力的轴向应力;上盘试样相对于下盘试样逆倾向滑移过程中,侧承压板沿水平向左移动,承力座右端的多个滚柱沿上盘试样左侧的滑动隔板的表面滚动,传力柱下端的多个滚柱沿上承压板的表面滚动,侧承压板左端的多个滚柱沿下盘试样右侧的滑动隔板的表面滚动;

计算机记录顶部加载压头的实时轴向应力数据、底部加载压头的实时支承压力数据、侧加载压头的实时侧向应力数据、应变片实时监测的应变数据、声发射检波器实时监测的声发射数据和相机实时监测的散斑变化数据;加载结束后,取下类岩石试样,观察记录类岩石试样表面断层界面破坏情况。

2.根据权利要求1所述的一种变倾角断层滑移模拟试验方法,其特征在于,步骤1中,在第一类岩石材料凝固成型为类岩石试样之前,第一类岩石材料仍具有流动性时,拆卸转动挡板后,去除第一类岩石材料上原转动挡板位置的润滑油,将表面涂抹有润滑油的曲形薄板放入原转动挡板位置,待第一类岩石材料继续流动或继续添加第一类岩石材料,取出曲形薄板,去除第一类岩石材料上原曲形薄板位置的润滑油,将第一类岩石材料压实成型为类岩石试样。

3.根据权利要求2所述的一种变倾角断层滑移模拟试验方法,其特征在于:所述曲形薄板的曲面形状对应巴顿jrc标准粗糙度等级剖面曲线形状。

4.根据权利要求1所述的一种变倾角断层滑移模拟试验方法,其特征在于:步骤1中,待第一类岩石材料凝固成型为类岩石试样后,拆卸转动挡板后,拆卸底板之前,去除类岩石试样表面的润滑油,在类岩石试样原转动挡板的位置填充第二类岩石材料,第二类岩石材料的强度低于第一类岩石材料的强度,将第二类岩石材料压实成型后,拆卸底板。

5.根据权利要求1所述的一种变倾角断层滑移模拟试验方法,其特征在于:所述定位件包括u形夹和锁紧螺钉,滑动板的末端设置u形夹,u形夹的一夹爪上设置锁紧螺钉;u形夹倒扣在组合压板,u形夹可沿组合压板滑动;锁紧螺钉正向旋转,以使锁紧螺钉与u形夹的另一夹爪夹紧组合压板,锁紧螺钉反向旋转,锁紧螺钉与u形夹的另一夹爪与组合压板脱离。

6.根据权利要求1所述的一种变倾角断层滑移模拟试验方法,其特征在于:所述底板的中间位置开设旋转孔,所述固定板的中间位置设置有转轴,所述转轴位于所述旋转孔内。

7.根据权利要求6所述的一种变倾角断层滑移模拟试验方法,其特征在于:所述旋转孔的一侧设置有0至180°的刻度线。

8.根据权利要求1所述的一种变倾角断层滑移模拟试验方法,其特征在于:所述相邻的压块,一块压块上开设t形凸口,另一块压块上开设t形凹口,相邻的压块经t形凸口、t形凹口拼接;压块与滑动隔板的末端之间,压块上开设t形凸口,滑动隔板的末端开设t形凹口,压块与滑动隔板的末端经t形凸口、t形凹口拼接。

9.根据权利要求1所述的一种变倾角断层滑移模拟试验方法,其特征在于:所述固定板的两侧均设置为中空腔体,所述滑动板可相对于中空腔体伸缩。

10.根据权利要求1所述的一种变倾角断层滑移模拟试验方法,其特征在于:所述滑动隔板、组合压板均由实心钢板制成。


技术总结
本发明提供了一种变倾角断层滑移模拟试验方法,涉及地下工程室内模拟试验技术领域。本发明的变倾角断层滑移模拟试验方法,采用试样装置和加载装置,包括如下步骤:步骤1、试样制备;步骤2、试样装配;步骤3、加载准备;步骤4、试样加载。本发明的变倾角断层滑移模拟试验方法,可以制备不同倾角界面的类岩石试样,界面类型包括普通裂隙界面、不同粗糙度界面和低强度弱界面,可以模拟不同倾角断层的滑移破坏过程,以及可以模拟断层正倾向滑移和逆倾向滑移,滑移模拟试验操作方便,试验数据实现自动、精准采集,以用于研究不同倾角断层的滑移条件及其滑移过程中的力学行为。

技术研发人员:郭伟耀;谭彦;公绪飞;李玉蓉;赵同彬;谭云亮;张东晓
受保护的技术使用者:山东科技大学
技术研发日:2020.12.09
技术公布日:2021.03.16
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