[發明專利]一種三維應力狀態下斷層活化可視化實驗裝置與方法

在審

• 申請號: 202111062022.7
• 申請日: 2021-09-10
• 公開（公告）號: CN113804553A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 張健;郭亮亮;馮國瑞;鄭利劍
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 程小娟

1.一種三維應力狀態下斷層活化可視化實驗裝置，其特征在于，包括外殼、上蓋板、水囊、下蓋板、上透水板、下透水板、透水石和儲水腔；

所述外殼為橄欖型空心柱體；

所述水囊設置在外殼的橄欖型內腔中，水囊充水膨脹為橄欖型空心柱體，水囊的橄欖型內腔為斷層相似材料的裝填腔，水囊上設置有水囊排水管和水囊注水管；

所述上蓋板和下蓋板分別安裝在外殼的上端和下端，且垂直于外殼；

所述上透水板位于上蓋板下部，與水囊內壁接觸，用于對斷層相似材料施加軸壓，底部進口設置有濾網；

所述上蓋板上設置有裝填腔排水管以及用于軸向移動上透水板的透水板升降機構；

所述下蓋板上設置有橄欖型通孔，下透水板安裝在橄欖型通孔中，下透水板的上部側表面與水囊內壁接觸；

所述透水石鋪設在下透水板上方；

所述儲水腔與橄欖型通孔連通，儲水腔上設置有裝填腔注水口；

所述外殼、上蓋板、水囊、下蓋板采用透明材料。

2.根據權利要求1所述的三維應力狀態下斷層活化可視化實驗裝置，其特征在于，上蓋板上設置有螺紋孔，透水板升降機構包括透水板升降旋鈕、連接桿和螺紋軸；

所述連接桿穿過螺紋孔，上端與透水板升降旋鈕固定連接，中部與螺紋軸固定連接，下端與上透水板的凹槽轉動接觸；

所述螺紋軸與螺紋孔轉動配合。

3.根據權利要求2所述的三維應力狀態下斷層活化可視化實驗裝置，其特征在于，連接桿上套設有橡膠塞，橡膠塞位于螺紋軸的上方，且與螺紋孔的光滑段緊密貼合。

4.根據權利要求3所述的三維應力狀態下斷層活化可視化實驗裝置，其特征在于，橡膠塞和螺紋孔的螺紋段之間設置有墊片。

5.根據權利要求4所述的三維應力狀態下斷層活化可視化實驗裝置，其特征在于，裝填腔排水管的進口設置有濾網。

6.根據權利要求5所述的三維應力狀態下斷層活化可視化實驗裝置，其特征在于，上蓋板和下蓋板分別通過螺絲安裝在外殼的上端和下端，上蓋板和外殼之間以及下蓋板和外殼之間均設置有橡膠墊。

7.一種三維應力狀態下斷層活化可視化實驗方法，其特征在于，使用權利要求1-6任一項所述的三維應力狀態下斷層活化可視化實驗裝置進行，包括下述步驟：

S1，試件準備：將水囊內壁刷涂脫模劑后裝入外殼，通過水囊注水管緩慢注水，當水囊排水管出水時即可停止注水，關閉水囊注水管和水囊排水管，在外殼下端安裝透水石、下透水板，將下蓋板通過螺絲和橡膠墊安裝到外殼上，向水囊內部中空部分分層鋪設斷層相似材料并壓實，壓實高度低于水囊高度，養護預設時間，養護結束后，打開水囊排水管降低水囊水壓，取出斷層相似材料試件，依次將上透水板、斷層相似材料試件、透水石、下透水板套入上下兩端開口的透明橡皮薄膜，即固定為一整體以保證實驗密封性；

S2，儀器組裝：將套入上下兩端開口的透明橡皮薄膜內的上透水板、斷層相似材料試件、透水石、下透水板組成的整體，放入裝填腔，將上蓋板通過螺絲和橡膠墊安裝到外殼上，上蓋板內部的橡膠塞和墊片起到防漏水作用，向水囊注水管注水至設計水壓值；

S3，預試驗，通過裝填腔注水口向裝填腔注入預設壓強的水，使水通過儲水腔、下透水板、透水石，進入斷層相似材料，再通過上透水板、濾網、裝填腔排水管排出，檢查各連接部位是否漏水，若不漏水，即可開始正式實驗；

S4，正式實驗：通過水囊注水管注水或水囊排水管排水，可調整斷層相似材料所承受的圍壓值，通過旋轉透水板升降旋鈕可調整上透水板對斷層相似材料擠壓程度，從而調整斷層相似材料承受的軸壓值，利用圍壓和軸壓值的變化，可模擬三維應力條件下，承壓水在斷層內滲流情況，并比較斷層尖端和其它部位活化特征差異。