[發(fā)明專利]一種真實仿真水壓作用地層構(gòu)造演化裝置及演化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810298746.3
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108760513A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫熙震;孟凡寶;沈?qū)毺?/a>;文志杰;李楊楊;王昌祥;王文博;孫傳平;張步初;胡大沖;張保良;龐達
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張紅鳳

本發(fā)明公開了一種真實仿真水壓作用地層構(gòu)造演化裝置及演化方法，其包括主框架、前后可視化擋板、垂向加載裝置、側(cè)向加載裝置及大尺寸試件；主框架安裝垂側(cè)向加載裝置，通過液壓油缸進行加載；垂向加載裝置位于試件上方，用于通過液壓伺服油缸向試驗臺內(nèi)的試件施加垂向應力；側(cè)向加載裝置位于主框架的側(cè)方，用于向模型箱內(nèi)的試件施加側(cè)向應力。在箱體的底板上設(shè)置有注液孔，注液孔連接有供水裝置，配備伺服穩(wěn)壓供水裝置用于通過注液孔向儲水施壓凹槽內(nèi)注入可控穩(wěn)壓水。本發(fā)明裝置可以根據(jù)不同試驗條件確定施加各垂側(cè)向加載板壓力，以及水壓大小，研究承壓水、不同地層條件耦合情況下對試件制備過程預制不同地層構(gòu)造演化情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地層構(gòu)造模擬技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種真實仿真水壓作用地層構(gòu)造演化裝置及演化方法。

背景技術(shù)

深部礦山突水是一個典型的裂隙-水耦合傳播發(fā)育過程，由于裂隙形成發(fā)育和連通而形成了承壓水的流通渠道，可使含水層的水涌入采場，而深部復雜的地質(zhì)力學特征導致了其具有較大的不確定性，進而導致深部突水災害預測困難及強致災性。與此同時，含水層的水壓及沖刷效應會對鄰近巖層施加壓力，使之向采空區(qū)變形，進而造成巖石斷裂，形成裂隙。采動過程中大尺度巖體裂隙(隱伏構(gòu)造、斷層等)在采動壓力作用及含水層水壓耦合作用下擴展傳播，貫通含水層與工作面，形成宏觀導水通道，是深部突水災害的根本原因。

由于水壓作用下裂隙發(fā)育擴展規(guī)律的復雜性及研究手段的局限性，對真實水壓作用下裂隙發(fā)育機理及監(jiān)測預報研究還主要集中在理論分析、數(shù)值模擬及相似試驗方面，缺乏對水壓作用下裂隙傳播發(fā)育擴展的動態(tài)監(jiān)測實驗室試驗及可視化研究，僅僅依靠數(shù)值分析和理論分析結(jié)果存在誤差且難以實現(xiàn)驗證分析。國內(nèi)外近年來在室內(nèi)試驗研究方面取得較大進展，產(chǎn)生一大批三維構(gòu)造模擬裝置及模擬突水裂紋擴展演化試驗系統(tǒng)。但現(xiàn)有三維構(gòu)造模擬裝置未考慮水壓的影響，僅進行三軸或單軸加載時，研究構(gòu)造發(fā)育規(guī)律，研究缺乏對水壓作用下地層構(gòu)造演化影響的研究?，F(xiàn)有模擬突水裝置大都使用相似材料配比與現(xiàn)場真實巖石存在較大差距，且現(xiàn)有研究模擬水壓時常通過實驗材料與水管進行點接觸加載水壓，與現(xiàn)實情況下通過面接觸加載水壓存在明顯區(qū)別。且相似材料配比時所能承受水壓較低，總體上存在與實際可能存在較大不符，同時存在著單軸加載，觀測手段單一等弊端。

基于此，現(xiàn)有技術(shù)有待進一步改進和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的任務之一在于提出一種真實仿真水壓作用地層構(gòu)造演化裝置，該裝置可以根據(jù)不同試驗條件確定施加各垂側(cè)向加載板壓力，以及水壓大小，研究研究承壓水、不同地層條件(不同深度地層地壓不一樣)耦合情況下對地層構(gòu)造演化情況，模擬不同深度及開采條件下地質(zhì)構(gòu)造及地板承壓水耦合作用下構(gòu)造發(fā)育擴展演化研究。

其技術(shù)解決方案包括：

一種真實仿真水壓作用地層構(gòu)造演化裝置，其包括可視化模型箱、垂向加載裝置、側(cè)向加載裝置及位于所述可視化模型箱內(nèi)的試件，所述可視化模型箱包括箱體、左右側(cè)板、頂板和可拆卸的前后擋板，所述箱體與所述頂板、左右側(cè)板、前后擋板之間形成一密閉空間；

所述垂向加載裝置位于所述箱體上方，用于向所述模型箱內(nèi)的試件施加垂向應力，所述垂向加載裝置的加載板下方黏結(jié)有柔性加載墊片一，以實現(xiàn)對所述試件的柔性加載，所述側(cè)向加載裝置位于所述箱體的側(cè)方，用于向所述模型箱內(nèi)的試件施加側(cè)向應力，所述側(cè)向加載裝置的加載板前方設(shè)置有柔性加載墊片二，以實現(xiàn)對所述試件的柔性加載；

在所述箱體的底板上設(shè)置有注液孔，所述注液孔連接有伺服穩(wěn)壓供水裝置，所述伺服穩(wěn)壓供水裝置用于向所述注液孔內(nèi)注入可控穩(wěn)壓水，所述注液孔與所述側(cè)向加載裝置的加載板位置相對。

作為本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述箱體的側(cè)向加載板上設(shè)置有聲發(fā)射探頭孔。

作為本發(fā)明的另一個優(yōu)選方案，所述箱體的前板或后板由透明材料制作而成。該透明材料為高強度透明材料。