[發(fā)明專利]模擬凍融擾動下斷層泥性狀劣化的可視化剪切系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310044440.6
• 申請日: 2023-01-30
• 公開（公告）號: CN115773949B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宇;李鵬;曹朝暉;閆鳴岐;龍大愚
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/02
• 代理公司: 北京知藝互聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 16137
• 代理人: 孟晨光

1.一種模擬凍融擾動下斷層泥性狀劣化的可視化剪切系統(tǒng)，其特征在于：包括控制裝置、CT成像裝置、爆破振動波加載裝置、凍融箱以及變角度剪切裝置，所述變角度剪切裝置設(shè)置在凍融箱內(nèi)，所述凍融箱設(shè)置在所述爆破振動波加載裝置上，所述爆破振動波加載裝置設(shè)置在CT成像裝置的轉(zhuǎn)臺上，所述CT成像裝置、所述爆破振動波加載裝置、所述凍融箱以及所述變角度剪切裝置均與所述控制裝置電連接；

所述變角度剪切裝置包括應(yīng)力加載機(jī)構(gòu)和剪切角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述應(yīng)力加載機(jī)構(gòu)包括加載底座、加載架體、安裝在加載底座上的水平應(yīng)力加載缸以及安裝在加載架體頂部的垂直應(yīng)力加載缸，所述加載底座中部安裝有輥架，所述水平應(yīng)力加載缸和所述垂直應(yīng)力加載缸均與所述控制裝置電連接；

所述剪切角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括上下對稱設(shè)置的上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒兩側(cè)設(shè)置有中部開設(shè)通孔的導(dǎo)向塊，所述導(dǎo)向塊套設(shè)在加載架體的導(dǎo)向柱上，所述導(dǎo)向柱安裝在加載架體的頂部，所述下剪切盒放置于輥架上并與水平應(yīng)力加載缸相對設(shè)置，所述上剪切盒的頂部與所述垂直應(yīng)力加載缸相對設(shè)置；

所述上剪切盒包括上盒體、上剪切夾具、上旋轉(zhuǎn)軸、上調(diào)節(jié)軸和上緊固螺母，所述上盒體的兩側(cè)開設(shè)有第一半圓形通孔，所述半圓形通孔的邊緣設(shè)置有角度刻度，所述上剪切夾具與所述上旋轉(zhuǎn)軸固定連接，所述上旋轉(zhuǎn)軸鉸接在所述上盒體的兩側(cè)，所述上剪切夾具的兩側(cè)均固定有所述上調(diào)節(jié)軸，所述上調(diào)節(jié)軸穿過所述第一半圓形通孔并螺紋連接有上緊固螺母；

所述下剪切盒包括下盒體、下剪切夾具、下旋轉(zhuǎn)軸、下調(diào)節(jié)軸和下緊固螺母，所述下盒體的兩側(cè)開設(shè)有第二半圓形通孔，所述半圓形通孔的邊緣設(shè)置有角度刻度，所述下剪切夾具與所述下旋轉(zhuǎn)軸固定連接，所述下旋轉(zhuǎn)軸鉸接在所述下盒體的兩側(cè)，所述下剪切夾具的兩側(cè)均固定有所述下調(diào)節(jié)軸，所述下調(diào)節(jié)軸穿過所述第二半圓形通孔并螺紋連接有下緊固螺母；

所述上剪切夾具和所述下剪切夾具相對設(shè)置且均包括底板、第一側(cè)板和第二側(cè)板，兩個所述第一側(cè)板相對設(shè)置在底板上，所述第二側(cè)板安裝在底板上且兩端與兩個所述第一側(cè)板相連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬凍融擾動下斷層泥性狀劣化的可視化剪切系統(tǒng)，其特征在于：所述爆破振動波加載裝置包括振動臺底座、振動臺面以及若干個振動缸，所述振動缸的缸體底部與振動臺底座鉸接，所述振動缸的伸縮桿頂部與所述振動臺面鉸接，所述振動缸與所述控制裝置電連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模擬凍融擾動下斷層泥性狀劣化的可視化剪切系統(tǒng)，其特征在于：所述凍融箱固定在振動臺面上，所述凍融箱包括箱體、制冷機(jī)以及加熱器，所述加熱器連接有換熱管道，所述換熱管道設(shè)置在箱體內(nèi)側(cè)，所述制冷機(jī)連接有制冷管道，所述制冷管道設(shè)置在箱體內(nèi)側(cè)，所述箱體內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器，所述溫度傳感器、所述制冷機(jī)以及所述加熱器均與所述控制裝置電連接。

4.一種基于上述權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的一種模擬凍融擾動下斷層泥性狀劣化的可視化剪切系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟S1：根據(jù)地質(zhì)體中出露斷層的產(chǎn)狀，制備采動斷層樣品，采動斷層樣品即母巖和斷層泥的復(fù)合結(jié)構(gòu)體，母巖為完整巖塊，兩塊母巖中間斷層泥夾層為現(xiàn)場獲取的原狀樣品；

步驟S2：將采動斷層樣品放置于剪切角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)內(nèi)，根據(jù)斷層傾角調(diào)節(jié)上剪切夾具和下剪切夾具的旋轉(zhuǎn)軸并固定鎖緊；

步驟S3：根據(jù)測試要求通過控制裝置設(shè)置振動波、凍融循環(huán)次數(shù)、凍融溫度以及凍融周期；

步驟S4：通過爆破振動波加載裝置進(jìn)行振動波加載，同時(shí)通過凍融箱進(jìn)行凍融循環(huán)，直到達(dá)到測試要求；

步驟S5：開啟CT成像裝置，對采動斷層樣品的細(xì)觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行透明化表征，獲取土體基質(zhì)、土石界面及塊石非線性運(yùn)動的物理參數(shù)，建立物理量與振動頻幅、凍融次數(shù)的關(guān)系；

步驟S6：對振動波和凍融加載后的采動斷層樣品進(jìn)行力學(xué)加載試驗(yàn)，

首先通過垂直應(yīng)力加載缸施加法向應(yīng)力，達(dá)到目標(biāo)值后，設(shè)定保壓時(shí)間進(jìn)行保壓，使采動斷層樣品固結(jié)；

其次通過水平應(yīng)力加載缸進(jìn)行剪切應(yīng)力施加直到采動斷層樣品破壞，采用應(yīng)力控制或者位移控制，剪切應(yīng)力施加采用逐級增加方式，每一級剪切加載后，啟動CT成像裝置進(jìn)行360度轉(zhuǎn)動掃描成像，獲取不同剪切應(yīng)力水平下斷層泥細(xì)觀破壞形態(tài)，并獲取樣品的剪切應(yīng)力-位移曲線。