[發(fā)明專利]一種三維應(yīng)力狀態(tài)下斷層活化可視化實(shí)驗(yàn)裝置與方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111062022.7
• 申請(qǐng)日: 2021-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN113804553A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張健;郭亮亮;馮國(guó)瑞;鄭利劍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/12
• 分類號(hào): G01N3/12
• 代理公司: 太原晉科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 程小娟

本發(fā)明提供一種三維應(yīng)力狀態(tài)下斷層活化可視化實(shí)驗(yàn)裝置與方法，屬于煤礦底板斷層活化模擬的技術(shù)領(lǐng)域；外殼為橄欖型空心柱體；水囊設(shè)置在外殼的橄欖型內(nèi)腔中，水囊的橄欖型內(nèi)腔為斷層相似材料的裝填腔，水囊上設(shè)置有水囊排水管和水囊注水管；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；上透水板位于上蓋板下部，與水囊內(nèi)壁接觸；上蓋板上設(shè)置有裝填腔排水管和透水板升降機(jī)構(gòu)；下蓋板上設(shè)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(cè)表面與水囊內(nèi)壁接觸；透水石鋪設(shè)在下透水板上方；儲(chǔ)水腔與橄欖型通孔連通，儲(chǔ)水腔上設(shè)置有裝填腔注水口。本發(fā)明三維應(yīng)力狀態(tài)可調(diào)節(jié)，且能夠展示斷層尖端與其它部位活化過(guò)程的差異。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于煤礦底板斷層活化模擬的技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種三維應(yīng)力狀態(tài)下斷層活化可視化實(shí)驗(yàn)裝置與方法。

背景技術(shù)

通過(guò)室內(nèi)物理模擬再現(xiàn)煤層底板承壓水條件下斷層活化突水過(guò)程，能夠?yàn)閿鄬踊罨凰畽C(jī)理研究提供有價(jià)值的參考。現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置為后人的研究提供了重要基礎(chǔ)，但仍存在不同程度的不足之處。

授權(quán)公告號(hào)CN 205808669 U模擬復(fù)雜條件下深埋隧道斷層突水的試驗(yàn)系統(tǒng)裝置、專利公告號(hào)CN 111398564 A深部承壓水上采動(dòng)斷層突水多場(chǎng)前兆信息演化相似試驗(yàn)裝置與測(cè)試方法、專利公告號(hào)CN 109470839 A模擬深部斷層形成、斷層活化和斷層突水物理試驗(yàn)裝置及方法，必須通過(guò)觀測(cè)斷層相似材料與透明模型箱邊界接觸部位的情況分析斷層活化過(guò)程，故等效于二維應(yīng)力狀態(tài)下的活化結(jié)果。授權(quán)公告號(hào)CN 211318136 U一種適用于承壓含水層上斷層突水研究的突水模擬裝置、專利公告號(hào)CN 111238990 A多場(chǎng)耦合效應(yīng)下斷層活化突水演化試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法、CN 107290501 A裂隙斷層型地質(zhì)構(gòu)造內(nèi)部充填介質(zhì)滲透失穩(wěn)突水實(shí)驗(yàn)裝置與方法，均為二維應(yīng)力狀態(tài)下斷層活化突水實(shí)驗(yàn)裝置。

工程實(shí)際中斷層處于三維應(yīng)力狀態(tài)，上述實(shí)驗(yàn)裝置與三維狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在偏差；由于斷層相似材料被設(shè)置為平板結(jié)構(gòu)，故無(wú)法觀測(cè)和分析斷層尖端與其他部位活化過(guò)程的區(qū)別；斷層相似材料加載方式對(duì)斷層活化過(guò)程影響較大，現(xiàn)有三軸伺服實(shí)驗(yàn)裝置如MTS系列等大型設(shè)備，使用成本高昂、設(shè)備組裝和實(shí)驗(yàn)流程相對(duì)復(fù)雜，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)可視化。

故需要設(shè)計(jì)一種三維應(yīng)力條件可控、能觀測(cè)斷層尖端與其他部位活化過(guò)程的區(qū)別、操作便捷且成本低廉的可視化實(shí)驗(yàn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種三維應(yīng)力狀態(tài)下斷層活化可視化實(shí)驗(yàn)裝置與方法，三維應(yīng)力狀態(tài)可調(diào)節(jié)，且能夠展示斷層尖端與其他部位活化過(guò)程的差異。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種三維應(yīng)力狀態(tài)下斷層活化可視化實(shí)驗(yàn)裝置，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(chǔ)水腔；外殼為橄欖型空心柱體；水囊設(shè)置在外殼的橄欖型內(nèi)腔中，水囊充水膨脹為橄欖型空心柱體，水囊的橄欖型內(nèi)腔為斷層相似材料的裝填腔，水囊上設(shè)置有水囊排水管和水囊注水管；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；上透水板位于上蓋板下部，與水囊內(nèi)壁接觸，用于對(duì)斷層相似材料施加軸壓；上蓋板上設(shè)置有裝填腔排水管以及用于軸向移動(dòng)上透水板的透水板升降機(jī)構(gòu)；下蓋板上設(shè)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(cè)表面與水囊內(nèi)壁接觸；透水石鋪設(shè)在下透水板上方；儲(chǔ)水腔與橄欖型通孔連通，儲(chǔ)水腔上設(shè)置有裝填腔注水口；外殼、上蓋板、水囊、下蓋板采用透明材料。

進(jìn)一步地，上蓋板上設(shè)置有螺紋孔，透水板升降機(jī)構(gòu)包括透水板升降旋鈕、連接桿和螺紋軸；連接桿穿過(guò)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(zhuǎn)動(dòng)接觸；螺紋軸與螺紋孔轉(zhuǎn)動(dòng)配合。

進(jìn)一步地，連接桿上套設(shè)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。

進(jìn)一步地，橡膠塞和螺紋孔的螺紋段之間設(shè)置有墊片。

進(jìn)一步地，裝填腔排水管的進(jìn)口設(shè)置有濾網(wǎng)。