[發明專利]模擬凍融擾動下斷層泥性狀劣化的可視化剪切系統及方法

有效

• 申請號: 202310044440.6
• 申請日: 2023-01-30
• 公開（公告）號: CN115773949B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 王宇;李鵬;曹朝暉;閆鳴岐;龍大愚
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/02
• 代理公司: 北京知藝互聯知識產權代理有限公司 16137
• 代理人: 孟晨光

本發明公開了一種模擬凍融擾動下斷層泥性狀劣化的可視化剪切系統，包括控制裝置、CT成像裝置、爆破振動波加載裝置、凍融箱和變角度剪切裝置，變角度剪切裝置設置在凍融箱內，凍融箱設置在爆破振動波加載裝置上，爆破振動波加載裝置設置在CT成像裝置的轉臺上。同時公開了一種基于上述系統的試驗方法，采用上述一種模擬凍融擾動下斷層泥性狀劣化的可視化剪切系統及其方法，通過CT成像裝置對斷層泥結構劣化進行透明化和數字化表征，通過爆破振動波加載裝置和凍融箱實現振動波擾動和凍融加載環境的施加，通過變角度剪切裝置進行剪切試驗，獲取不同凍融?擾動作用后樣品的抗剪強度參數，為寒區巖體工程采動災害防控提供可靠的力學數據。

技術領域

本發明涉及寒區工程巖體采動斷層泥物理力學性質試驗技術領域，尤其是涉及一種模擬凍融擾動下斷層泥性狀劣化的可視化剪切系統及方法。

背景技術

高海拔寒區露天礦山賦存環境具有高烈度、高寒、反復凍融循環及爆破地震波頻繁擾動的特點，寒區高陡邊坡的穩定性問題日益突出。露天礦邊坡的穩定性受坡體內軟弱夾層影響，尤其是大部分的露天礦中都存在斷層破碎帶，斷層破碎帶物源主要由角礫巖，糜棱巖及粘土顆粒組成，稱之為斷層泥，這些斷層破碎帶嚴重降低了邊坡的穩定性，使得邊坡體的變形破壞機制及穩定性問題變得極為復雜。大量實踐表明，很多邊坡巖體工程失穩都與斷層物質的力學特性有關，凍融循環和工程擾動對斷層物質力學性質的影響又大大增加了工程巖體失穩的幾率。為此，研究斷層泥在凍融循環和開采擾動作用下細觀結構劣化和抗剪能力弱化的物理過程和力學機制顯得尤為重要，對保障礦山人員以及安全生產具有重要的理論和實際意義。

高寒地區露天礦斷層泥凍融損傷的主要誘因是巖土體中賦存的孔隙、裂隙水在氣溫交替變化中水-冰相變誘發的凍脹力作用對巖土體造成的損傷劣化，包括微觀損傷、滲流劈裂以及凍脹碎裂等。與此同時，由于遭受頻繁的開采擾動，露采工作區內邊坡斷層破碎帶經凍融循環后，其剪切活化的影響因素較低海拔平原地區更加復雜。

目前，有關斷層泥物理力學性質在常溫下已經開展了大量研究。現有技術中斷層泥地質力學參數獲取時，多采用直剪試驗、原位推剪試驗或室內重塑樣試驗實現，很少考慮強度重構的時間效應，也不涉及凍融作用對斷層泥地質力學強度的影響。關于斷層泥在凍融循環和開采擾動耦合作用下的土－石相互作用、內部結構致潰規律、土石界面災變擴展機理以及抗剪強度弱化的宏細觀機制的研究少之甚少。現有的力學性質的研究結果難以應用到實際的巖體工程上，參考價值不高，所以亟需一種考慮凍融環境和開采擾動下的斷層物理力學性質的試驗系統及方法。

發明內容

本發明的目的是解決上述現有技術存在的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種模擬凍融擾動下斷層泥性狀劣化的可視化剪切系統，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置在凍融箱內，所述凍融箱設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置在CT成像裝置的轉臺上，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。

優選的，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。

優選的，所述凍融箱固定在振動臺面上，所述凍融箱包括箱體、制冷機以及加熱器，所述加熱器連接有換熱管道，所述換熱管道設置在箱體內側，所述制冷機連接有制冷管道，所述制冷管道設置在箱體內側，所述箱體內設置有溫度傳感器，所述溫度傳感器、所述制冷機以及所述加熱器均與所述控制裝置電連接。

優選的，所述變角度剪切裝置包括應力加載機構和剪切角度調節機構，所述應力加載機構包括加載底座、加載架體、安裝在加載底座上的水平應力加載缸以及安裝在加載架體頂部的垂直應力加載缸，所述加載底座中部安裝有輥架，所述水平應力加載缸和所述垂直應力加載缸均與所述控制裝置電連接。