[發(fā)明專利]一種基于巖土材料的大尺寸實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭苽溲b置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810319329.2
• 申請(qǐng)日: 2018-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108538174A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周翠英;黃衛(wèi);劉鎮(zhèn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號(hào): G09B23/40
• 分類號(hào): G09B23/40
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種基于巖土材料的大尺寸實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭苽溲b置及方法，屬于巖土工程與地質(zhì)工程室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱黝I(lǐng)域。主要由高溫釜、成型室、成型配套組件、雙向壓裂結(jié)構(gòu)、軸向施壓結(jié)構(gòu)、切割刀、可伸縮刀座、流體施壓結(jié)構(gòu)、分離及計(jì)量結(jié)構(gòu)、傳感控制單元和固定模塊組成。本發(fā)明可以為巖土工程與地質(zhì)工程室內(nèi)縮尺實(shí)驗(yàn)提供大尺寸、高仿真巖體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停颇Ｐ偷奈锢砹W(xué)性質(zhì)和礦物組分可無(wú)限接近原巖，強(qiáng)度更是遠(yuǎn)高于使用3D打印制作的模型，制作內(nèi)容涵蓋了邊坡、隧道、基坑或地下空間以及地基基礎(chǔ)等常見(jiàn)工程對(duì)象的等比模型，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)人為控制斷層、裂隙和結(jié)構(gòu)面的生成和分布，以及可以進(jìn)行不同溫、壓條件下的水、巖耦合化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種模擬沉積巖成巖過(guò)程的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭苽溲b置和操作方法。具體涉及一種大尺寸實(shí)驗(yàn)研究用成巖控制因素模擬和巖體模型一體成型裝置和操作方法，屬于巖土工程與地質(zhì)工程室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱黝I(lǐng)域。主要由高溫釜、成型室、成型配套組件、雙向壓裂結(jié)構(gòu)、軸向施壓結(jié)構(gòu)、切割刀、可伸縮刀座、流體施壓結(jié)構(gòu)、分離及計(jì)量結(jié)構(gòu)、傳感控制單元和固定模塊組成。

背景技術(shù)：

采用室內(nèi)重塑的巖土體樣品進(jìn)行縮尺實(shí)驗(yàn)是巖土工程與地質(zhì)工程領(lǐng)域中一種十分重要的實(shí)驗(yàn)手段，能夠讓人們直觀的觀察到不同形態(tài)的巖土體在一定條件下的變化情況。而當(dāng)下，室內(nèi)縮尺實(shí)驗(yàn)所用巖土模型一般是采用膠黏劑粘各類類礦物粉末來(lái)制作的，其主要粘合成分為環(huán)氧樹(shù)脂。采用這種方法制作的巖土體模型，其物理、化學(xué)性質(zhì)與自然環(huán)境形成的巖體差異很大，不能很好的反應(yīng)出巖土體本身的一些理化性質(zhì)，而且還存在不同批次模型相似度低、誤差大等問(wèn)題，使用這種樣品進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，往往會(huì)造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的失真。而且，常規(guī)的模型制作方法，除了3D打印技術(shù)，其余均不能在成巖的同時(shí)，控制巖土體結(jié)構(gòu)構(gòu)造的生成和排列，只能在模型制作完成后，再對(duì)其進(jìn)行修整，這種修整，大多數(shù)時(shí)候?qū)r土體來(lái)說(shuō)都是一種擾動(dòng)，會(huì)破壞原本已經(jīng)平衡的應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)后續(xù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響，而3D打印技術(shù)又無(wú)法制作出高強(qiáng)度的巖土體模型。最后，現(xiàn)有的成巖模擬制樣裝置體積都較小，制作樣品的尺寸大多在厘米級(jí)別，不能滿足巖土工程和地質(zhì)工程室內(nèi)等比實(shí)驗(yàn)的要求。所以，開(kāi)發(fā)出一種利用自然界現(xiàn)成的巖土材料制作巖體工程與地質(zhì)工程室內(nèi)等比實(shí)驗(yàn)所需的大尺寸實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ脱b置有重大的意義。

成巖作用表示的是巖體在沉積演化過(guò)程中所經(jīng)歷的一系列物理化學(xué)作用。不同于3D打印技術(shù)，通常所說(shuō)的成巖作用是指沉積物在深埋環(huán)境下所經(jīng)歷的高溫、高壓和被熱液包圍的狀態(tài)。而巖土體的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和礦物成分的形成、分布都與成巖作用密切相關(guān)，巖土體所經(jīng)歷的成巖作用歷史能直接影響巖土體工程性質(zhì)的好壞。基于巖土材料的大尺寸實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭苽溲b置是利用成巖作用原理，通過(guò)人為控制模擬地殼深處的高溫高壓環(huán)境，制作出契合實(shí)際工程條件的巖土體模型，采用這種方法制作的模型，其強(qiáng)度遠(yuǎn)高于使用3D打印制作的模型，已經(jīng)接近或者達(dá)到了自然界原巖的強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于巖土材料的大尺寸實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭苽溲b置及方法，模型制備裝置由高溫釜、成型室、成型配套組件、雙向壓裂結(jié)構(gòu)、軸向施壓結(jié)構(gòu)、切割刀、可伸縮刀座、流體施壓結(jié)構(gòu)、分離及計(jì)量結(jié)構(gòu)、傳感控制單元和固定模塊組成。各模塊相互關(guān)聯(lián)，共同組合為一種基于巖土材料的大尺寸實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭苽溲b置。而結(jié)合本發(fā)明提供的裝置操作方法，可以為巖土工程與地質(zhì)工程室內(nèi)縮尺實(shí)驗(yàn)提供大尺寸、高仿真巖土體樣品，能等比例制作邊坡、隧道、基坑或地下空間和地基基礎(chǔ)等代表意義顯著的工程模型，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)斷層帶、裂隙和結(jié)構(gòu)面的人為控制生成，結(jié)合膨脹式傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模型在各種工況實(shí)驗(yàn)條件下的物理、力學(xué)、化學(xué)指標(biāo)的變化情況。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種基于巖土材料的大尺寸實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭苽溲b置及方法，包括：

高溫釜，具有沿軸向貫穿的矩形容置腔，其頂面可中開(kāi)，所述高溫釜固定在所述固定模塊上，用于給所述成型室提供高溫環(huán)境；