[發明專利]一種模擬斷層滑移的實驗方法

在審

• 申請號: 201510276664.5
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN104949890A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 陸菜平;劉廣建;劉洋;王洪宇;劉鵬飛
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務所 32205
• 代理人: 華德明

技術領域

本發明涉及一種模擬斷層滑移的實驗方法，屬于礦山技術領域。

背景技術

煤礦生產過程中，動力災害嚴重威脅著工作人員的生命安全和礦井的財產安全。在煤礦上的動力災害中，尤其是在煤礦各種采動中，由于斷層處力學結構較弱，易發生滑移錯動，釋放大量的能量，很誘發沖擊地壓，造成嚴重危害；遇斷層的時候瓦斯危害更是尤為突出，由于斷層活化引起的煤與瓦斯突出占據了很大一部分，因為在煤層的回采過程中，會引起前方斷層的活化，使斷層兩邊或鄰近的煤巖體的透氣性瞬間發生變化，使瓦斯壓力聚變,以引起各種災害。因此，探究斷層滑移的過程顯得尤為重要，如監測斷層面的物理力學參數變化情況，滑移過程的聲發射情況和電磁輻射等等。傳統的相似模擬方法需要建立整個結構模型，人力、物力耗費大，且模型不可重復利用；最近發展的數值模擬方法簡單易行，模型可以重復利用，但是由于建立的模型太過理想化，導致誤差較大，而且斷層面的咬合情況很難用數值模型體現出來，用來模擬斷層面滑移的效果較差。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種模擬斷層滑移的實驗方法，操作簡單，使用方便，能模擬斷層滑移情況，提高數據檢測準確度。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種模擬斷層滑移的實驗方法，具體步驟為：

Ⅰ、巖石試樣的加工：在巖石試樣中選擇三個，分別將這三個巖石試樣標記為巖塊A、巖塊B和巖塊C，其中將巖塊A和巖塊C加工成正方體，巖塊B加工成長方體；

Ⅱ、在巖塊A和巖塊C上各設有一個聲發射探頭，在巖塊B上設有四個聲發射探頭，各個聲發射探頭與聲發射系統連接；

Ⅲ、將巖塊C放置在微控巖石伺服壓力試驗機的壓力室內，巖塊B放置在巖塊C上，巖塊A放置在巖塊B上，在上述各個巖塊接觸面之間用粒徑大小相同的石英粉進行鋪設形成石英粉層；石英粉層用來模擬斷層面，使巖塊組合體能直接模擬斷層滑移的過程；

Ⅳ、軸向預應力施加：通過微控巖石伺服壓力試驗機對巖石A、巖塊B和巖塊C形成的巖塊組合體的軸向施加預應力，達到設定之后停止施壓，并保持軸向加載應力；

Ⅴ、實驗記錄與分析：以恒定的位移速度對巖塊組合體施加水平剪切力，同時控制聲發射系統開始工作，通過聲發射探頭實時采集數據，在聲發射系統內并記錄數據產生的波形，然后通過內置A/D轉換卡轉換成數字信號存進計算機硬盤。

Ⅵ、對上述的步驟中石英粉層的厚度、軸向加載應力的大小和水平剪切力的加載速率進行調節后，然后重復步驟Ⅲ至步驟Ⅴ。

進一步，對步驟Ⅲ中的石英粉層進行加濕。增加巖塊間巖粉濕度會降低巖塊間的摩擦系數，使巖塊間很難出現粘滑現象。

進一步，在施加水平剪切力時，通過數碼攝像機每隔數秒對巖塊組合體進行拍照，用來輔助分析滑移情況。

進一步，所述的石英粉層的厚度為2mm。

與現有技術相比，本發明采用微控巖石伺服壓力試驗機、聲發射監測系統和三個巖塊相結合的方式，可以通過剪應力的變化情況來反應巖塊是否滑移，進而模擬斷層滑移情況。比傳統的相似模擬更簡單易操作且更準確，更經濟，實用性更強；比數值模擬更精確的模擬出斷層面咬合情況。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖中：1、巖塊組合體，2、聲發射系統，3、數碼攝像機。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

如圖1所示，一種模擬斷層滑移的實驗系統，由微控巖石伺服壓力試驗機、聲發射監測系統、數碼攝像機和筆記本電腦組成；數碼攝像機與筆記本電腦連接，所述的微控巖石伺服壓力試驗機由主機、壓力室和微機控制系統組成，主機為四柱式加載框架，油缸下置；壓力室采用優質合金鋼鍛件，表面鍍硬鉻；控制系統采用全數字伺服控制器，該控制系統控制精度高、保護功能全、可靠性能強。因此，該系統及能夠滿足在豎直方向和水平方向上的獨立加載，且加載應力與應力加載速度能夠通過微機精確控制。

一種模擬斷層滑移的實驗方法，具體步驟為：

Ⅰ、巖石試樣的加工：在巖石試樣中選擇三個，分別將這三個巖石試樣標記為巖塊A、巖塊B和巖塊C，其中將巖塊A和巖塊C加工成正方體，巖塊B加工成長方體；

Ⅱ、在巖塊A和巖塊C上各設有一個聲發射探頭，在巖塊B上設有四個聲發射探頭，各個聲發射探頭與聲發射系統2連接；