[發(fā)明專利]一種貫通裂隙的剪切-低溫耦合實驗裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810077404.9
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108204916B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊騁望;馬國偉;董茜茜
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N3/24
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

本發(fā)明一種貫通裂隙的剪切?低溫耦合實驗裝置和方法，該裝置包括DIC圖像、加載驅(qū)動電機、采集儀、基座和計算機；基座上表面固定下部溫控平板，下部溫控平板連接實時溫控箱，在實時溫控箱上固定放置裂隙試件，在裂隙試件的上表面放置上透明鋼化玻璃，上透明鋼化玻璃和下部溫控平板通過固定螺栓固定在一起；裂隙試件的豎直方向為豎向固定端，在裂隙試件的水平方向的左右兩個側(cè)面上均固定有剛性支撐，左右兩個剛性支撐相對裂隙試件的中心上下交錯布置；在每個加載力上均設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥，通過壓力調(diào)節(jié)閥控制加載力；所述裂隙試件為3D打印試件。該裝置采用光敏樹脂材料模擬實際巖石非直裂隙的現(xiàn)實情況，能夠提高裂隙在應(yīng)力作用下的斷裂破壞認識。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖石力學(xué)、斷裂力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種貫通裂隙的剪切-低溫耦合實驗裝置和方法。

背景技術(shù)

裂隙巖體是經(jīng)歷長期地質(zhì)構(gòu)造作用形成的，由基質(zhì)巖塊和結(jié)構(gòu)面組成并具有一定的結(jié)構(gòu)特征，賦存于一定物理地址環(huán)境(地應(yīng)力、地下水及低溫等)中的不連續(xù)、多相。各向異性的地質(zhì)體。由于構(gòu)造應(yīng)力及各種開挖擾動，裂隙巖體內(nèi)部富含各種缺陷，包括微裂紋、孔洞及節(jié)理裂隙等宏觀不連續(xù)結(jié)構(gòu)面，并往往伴隨新裂紋從原生裂隙尖端處萌生、擴展甚至與相鄰裂隙貫通，最后導(dǎo)致整個巖體的破壞。裂隙擴展所導(dǎo)致的巖體強度降低不僅影響巖體穩(wěn)定，也能導(dǎo)致許多工程危害和自然災(zāi)害。

近年來，隨著隧道、水利水電工程及國家戰(zhàn)略防護工程等重大基礎(chǔ)設(shè)施工程的大力建設(shè)以及地下水封油庫、地熱資源開發(fā)、二氧化碳封存等大規(guī)模地質(zhì)工程快速發(fā)展，這些工程均普遍涉及復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境及生態(tài)環(huán)境下條件下巖體剪切-溫度耦合描述、剪切特性評估，溫度對裂隙擴展影響等關(guān)鍵技術(shù)問題。目前，蔣宇靜等(蔣宇靜,王剛,李博,等.巖石節(jié)理剪切滲流耦合試驗及分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2007,26(11):2253-2259.)采用自行研制開發(fā)的試驗設(shè)備(巖石節(jié)理單剪切-滲流試驗機)，在恒定法向荷載和恒定法向剛度的邊界條件下，對不同接觸狀態(tài)下的巖石斷裂節(jié)理試件分別進行一系列節(jié)理的剪切滲流耦合試驗，研究剪切過程中力學(xué)性質(zhì)、水力學(xué)性質(zhì)的變化情況。趙陽升等(趙陽升,萬志軍,張淵,等.20MN伺服控制高溫高壓巖體三軸試驗機的研制[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2008,27(1):1-8)自行研制的20MN伺服控制高溫高壓巖體三軸試驗機，該試驗機主要由主機加載系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、輔機裝料系統(tǒng)以及測試系統(tǒng)4個部分組成。但關(guān)于裂隙巖體中低溫-剪切耦合設(shè)備及試驗還沒有相關(guān)介紹。而深入開展裂隙巖體剪切-地溫耦合特性研究，有助于加深對裂隙巖體破壞模式及基本規(guī)律的認識，從耦合的角度加深對裂隙巖體變形破壞機理和巖體穩(wěn)定性影響因素的認識。因此，開展裂隙巖體應(yīng)力場與溫度場的耦合分析，特別是裂隙巖體斷裂力學(xué)的理論計算、實驗、數(shù)值模擬的研究具有深遠的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種貫通裂隙的剪切-低溫耦合實驗裝置和方法。該裝置采用3D打印試件模擬實際巖石非直裂隙的現(xiàn)實情況，適用于小尺度的貫通裂隙試件的測試，能夠提高裂隙在應(yīng)力作用下的斷裂破壞認識。本發(fā)明方法針對3D打印技術(shù)制備透明的裂隙試件，將剪切和低溫耦合作用相結(jié)合，得到不同溫度下，裂隙試件的破壞模式，觀察得到具有規(guī)律性的宏觀破壞特性。該方法簡單易行、成本低、能進行小尺度范圍的自動化剪切-低溫溫控實驗，并能實現(xiàn)裂隙擴展的可視化，能夠準確測量、評價3D打印材料的在剪切和低溫耦合作用下的宏觀裂隙擴展情況，這為內(nèi)置裂隙的剪切破壞特性及溫度場的可視化認識提供有價值的幫助。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：