[發明專利]一種斷層構造應力的監測裝置和方法

有效

• 申請號: 201610020801.3
• 申請日: 2016-01-13
• 公開（公告）號: CN105547526B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 王宏偉;姜耀東;鄧代新;林志男
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00;G01N33/24
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司11212
• 代理人: 楊立

1.一種斷層構造應力的監測方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1，安裝應力傳感器：將應力傳感器(1)通過連接線固定在斷層監測相似模擬試驗平臺的第一固定端(2)和第二固定端(3)之間；

步驟2，預制斷層：在斷層監測相似模擬試驗平臺上鋪設相似模擬材料，按照預制斷層面的位置分左右兩部分鋪設，形成斷層(4)，并使所述斷層(4)與所述應力傳感器(1)相互垂直，待相似模型鋪設完畢后，將應力傳感器(1)調零；

步驟3，施加載荷并監測應力：通過斷層監測相似模擬試驗平臺的載荷施加裝置向步驟2中制備的帶有斷層的相似模型進行分級逐步施加水平載荷和垂直載荷，應力傳感器(1)監測得到不同的載荷下的斷層(4)處的正應力和剪應力，并將其傳送至應力監測儀中；

步驟4，監測斷層失穩臨界應力：隨著步驟3中施加的水平載荷和垂直載荷的逐漸增大，相似模型的變形也隨之不斷增大，直至預制斷層發生滑動失穩，應力傳感器(1)監測得到滑動失穩時斷層(4)處的正應力和剪應力，并將其傳送至應力監測儀中；

步驟5，理論值與實驗值對比分析：根據靜力學原理，構建斷層力學理論模型，推導斷層面上正應力σ和剪應力τ與水平載荷q_x和垂直載荷q_y之間的函數關系，并將由該函數關系確定的應力曲線繪制到計算機中；

步驟6，分析斷層失穩前兆信息：使用應力監測儀將步驟3和步驟4中得到實驗數據與步驟5中構建的斷層力學理論模型進行對比分析，確定斷層失穩時的臨界應力值，為預測斷層滑動失穩提供前兆信息。

2.根據權利要求1所述的斷層構造應力的監測方法，其特征在于：步驟2中，所述相似模擬材料采取逐層鋪設的方法，先逐層鋪設斷層(4)一側的相似模擬材料，之后在斷層面出均勻的鋪灑一層云母粉，然后再逐層鋪設斷層(4)另一側的相似模擬材料。

3.根據權利要求2所述的斷層構造應力的監測方法，其特征在于：所述斷層(4)處的云母粉的鋪設厚度為10～50μm。

4.根據權利要求1所述的斷層構造應力的監測方法，其特征在于：步驟2中，所述相似模擬材料為由沙土、石灰、石膏和水混合而成的復合材料。

5.根據權利要求1所述的斷層構造應力的監測方法，其特征在于：步驟5中，將函數關系確定的應力曲線繪制到計算機中，得到正應力σ與水平載荷q_x和垂直載荷q_y之間的函數關系曲線以及剪應力τ與水平載荷q_x和垂直載荷q_y之間的函數關系曲線，應力監測儀將應力傳感器(1)收集的實驗數據與理論數據進行實時對比。

6.一種斷層應力監測裝置，其特征在于：包括斷層監測相似模擬試驗平臺和斷層應力傳感器(1)，所述斷層監測相似模擬試驗平臺的兩側分別設置有第一固定端(2)和第二固定端(3)，所述斷層應力傳感器(1)的兩側分別通過連接線與第一固定端(2)和第二固定端(3)相連接，所述斷層監測相似模擬試驗平臺包括載荷施加裝置和應力監測儀，所述應力監測儀與應力傳感器(1)電連接；所述第一固定端(2)的高度低于所述第二固定端(3)的高度，所述第一固定端(2)和第二固定端(3)之間的連線與垂直面的夾角度數等于所述預制斷層面與水平面之間的夾角度數。

7.根據權利要求6所述的斷層應力監測裝置，其特征在于：所述斷層監測相似模擬試驗平臺包括平臺底座、第一側板、第二側板、上頂板、至少一塊前擋板和至少一塊后擋板，所述第一側板固定連接在平臺底座的一側，所述第一側板上設有多個均勻分布水平通孔；第二側板滑動連接在平臺底座上與第一側板相對的一側，所述第二側板上設有多個均勻分布的水平通孔，上頂板套設在第一側板和第二側板的上端，所述上頂板與第一側板可拆卸的滑動連接，所述上頂板與第二側板可拆卸的滑動連接，所述前擋板與第一側板和第二側板可拆卸的連接，所述后擋板與第一側板和第二側板可拆卸的連接。

8.根據權利要求7所述的斷層應力監測裝置，其特征在于：所述載荷施加裝置包括第一水平壓頭、第二水平壓頭和豎直壓頭，所述第一水平壓頭貫穿套接在所述水平通孔內，所述第二水平壓頭貫穿套接在所述水平通孔內，所述豎直壓頭與上頂板可拆卸的滑動連接。