一种变倾角断层滑移模拟试验方法技术

本发明专利技术提供了一种变倾角断层滑移模拟试验方法，涉及地下工程室内模拟试验技术领域。本发明专利技术的变倾角断层滑移模拟试验方法，采用试样装置和加载装置，包括如下步骤：步骤1、试样制备；步骤2、试样装配；步骤3、加载准备；步骤4、试样加载。本发明专利技术的变倾角断层滑移模拟试验方法，可以制备不同倾角界面的类岩石试样，界面类型包括普通裂隙界面、不同粗糙度界面和低强度弱界面，可以模拟不同倾角断层的滑移破坏过程，以及可以模拟断层正倾向滑移和逆倾向滑移，滑移模拟试验操作方便，试验数据实现自动、精准采集，以用于研究不同倾角断层的滑移条件及其滑移过程中的力学行为。

【技术实现步骤摘要】
一种变倾角断层滑移模拟试验方法
本专利技术涉及地下工程室内模拟试验
，具体地说是涉及一种变倾角断层滑移模拟试验方法。
技术介绍
断层是影响煤矿生产过程的重要地质因素之一。断层地质构造的存在不仅影响煤矿生产的井田划分、开拓系统布设和巷道掘进等环节，还对矿井的安全生产及经济效益产生重大威胁。断层附近的煤层开采，造成局部的应力场的改变，使得断层活化或能量积聚，最终可能导致冲击地压的发生。因此，断层滑移过程的物理力学行为研究对断层附近的开采设计、巷道围岩稳定性控制和断层冲击地压机理研究都具有重要意义。用于模拟断层的试验装置大多是基于相似模拟试验和岩石(类岩石)试样的水平剪切试验。相似模拟试验的模型在材料的物理力学参数和应力条件方面不能与原模型做到完全相似，且模型边界条件简单，水平应力大小取决于顶部载荷，不能实现给定围压的双轴及真三轴实验。岩石试样的水平剪切试验虽不易模拟多岩层的复杂地质条件，但能模拟确定的应力边界条件，可以研究不同应力加载条件下的岩样及弱面的力学行为。目前的模拟断层滑移的试验大多为岩石试样的水平剪切试验以及固定倾角的双轴或三轴压缩试验，不能模拟不同倾角的断层滑移，而断层附近开采的冲击危险性不仅与开采位置有关，还与断层倾角有关。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种变倾角断层滑移模拟试验方法，能够制备不同倾角界面的类岩石试样以及模拟不同倾角断层的滑移破坏过程，以研究不同倾角断层的滑移条件及其滑移过程中的力学行为。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术解决方案如下：一种变倾角断层滑移模拟试验方法，采用试样装置和加载装置；所述试样装置包括底板、滑动隔板、组合压板和转动挡板；底板的前后边沿均开设滑槽，底板的左右侧均布置滑动隔板，滑动隔板的前后端均设置有滑块，滑块滑动连接于滑槽内；底板的前后侧均布置组合压板，组合压板由多个压块依次首尾拼接而成，组合压板的两端拼接滑动隔板的末端；底板的中间位置布置转动挡板，转动挡板包括固定板和滑动板，所述固定板转动连接底板的中间位置且固定板可拆卸连接底板，所述固定板的两侧均滑动连接一块滑动板；滑动板的末端设置有定位件，所述定位件可拆卸连接组合压板；所述加载装置包括加载支承台、顶部加载压头、顶部承压单元、底部加载压头、侧加载压头、侧承压单元、承力座、应变片、声发射检波器、计算机和相机；加载支承台包括底座、左加载支承架、右加载支承架和上加载支承架，底座的左右侧分别设置左加载支承架和右加载支承架，左加载支承架和右加载支承架上架设上加载支承架；上加载支承架上设置顶部加载压头；顶部承压单元包括传力柱、滚柱和上承压板，传力柱的上端连接顶部加载压头，传力柱的下端并排转动连接多个滚柱，上承压板的一侧设置向下弯折的挡片；底座上设置底部加载压头；左加载支承架上设置承力座，承力座的右端从上到下并排转动连接多个滚柱；右加载支承架上设置侧加载压头；侧承压单元包括导向轴、直线轴承、侧承压板和滚柱，底座上于右侧设置导向轴，导向轴上设置直线轴承，直线轴承上设置侧承压板，侧承压板的左端从上到下并排转动连接多个滚柱；所述方法包括如下步骤：步骤1、试样制备转动固定板至设定角度以模拟设定角度的断层倾角，使滑动板相对于固定板伸缩，通过定位件将滑动板连接组合压板进行定位，底板、滑动隔板及组合压板围成半包围腔体，转动挡板将半包围腔体分隔成两个腔体，在底板的上表面、滑动隔板的内壁、组合压板的内壁及转动挡板的表面涂抹润滑油，将第一类岩石材料注入到两个腔体，待第一类岩石材料凝固成型为类岩石试样后，拆卸转动挡板及底板，去除类岩石试样表面的润滑油，对类岩石试样进行养护；其中，分别注入到两个腔体的第一类岩石材料为同种材料或不同种材料；步骤2、试样装配定义转动挡板后方腔体内的类岩石试样为下盘试样，定义转动挡板前方腔体内的类岩石试样为上盘试样，下盘试样与上盘试样共同组成类岩石试样，下盘试样与上盘试样搭接的界面为断层界面，在类岩石试样的上侧及下侧放置组合压板，在类岩石试样的左侧及右侧放置滑动隔板，将组合压板拼接滑动隔板，组合压板在断层界面位置断开；步骤3、加载准备类岩石试样中，将下盘试样放置于左下方，将上盘试样放置于右上方，下盘试样下侧的组合压板贴合底部加载压头，下盘试样左侧的滑动隔板贴合承力座上的多个滚柱，在上盘试样上侧放置顶部承压单元，上盘试样上侧的组合压板贴合上承压板，上盘试样右侧的滑动隔板顶部位置贴合挡片，上盘试样右侧的滑动隔板除顶部位置外的其他位置贴合侧承压板上的多个滚柱；或者，类岩石试样中，将下盘试样放置于右下方，将上盘试样放置于左上方，上盘试样下侧的组合压板贴合底部加载压头，上盘试样左侧的滑动隔板贴合承力座上的多个滚柱，在下盘试样上侧放置顶部承压单元，下盘试样上侧的组合压板贴合上承压板，下盘试样右侧的滑动隔板顶部位置贴合挡片，下盘试样右侧的滑动隔板除顶部位置外的其他位置贴合侧承压板上的多个滚柱；在类岩石试样表面断层界面沿线布置应变片，在类岩石试样表面左右两侧布置声发射检波器，在类岩石试样表面涂抹散斑，将相机对准类岩石试样表面，将顶部加载压头、底部加载压头、侧加载压头、应变片、声发射检波器及相机分别与计算机信号连接；步骤4、试样加载当“类岩石试样中，将下盘试样放置于左下方，将上盘试样放置于右上方”时，计算机先驱动侧加载压头对类岩石试样施加设定压力的侧向应力，计算机再驱动顶部加载压头对类岩石试样施加设定压力的轴向应力；上盘试样相对于下盘试样正倾向滑移过程中，侧承压板沿水平向右移动，传力柱下端的多个滚柱沿上承压板的表面滚动，侧承压板左端的多个滚柱沿上盘试样右侧的滑动隔板的表面滚动；当“类岩石试样中，将下盘试样放置于右下方，将上盘试样放置于左上方”时，计算机先驱动侧加载压头对类岩石试样施加设定压力的侧向应力，计算机再驱动底部加载压头对类岩石试样施加设定压力的轴向应力；上盘试样相对于下盘试样逆倾向滑移过程中，侧承压板沿水平向左移动，承力座右端的多个滚柱沿上盘试样左侧的滑动隔板的表面滚动，传力柱下端的多个滚柱沿上承压板的表面滚动，侧承压板左端的多个滚柱沿下盘试样右侧的滑动隔板的表面滚动；计算机记录顶部加载压头的实时轴向应力数据、底部加载压头的实时支承压力数据、侧加载压头的实时侧向应力数据、应变片实时监测的应变数据、声发射检波器实时监测的声发射数据和相机实时监测的散斑变化数据；加载结束后，取下类岩石试样，观察记录类岩石试样表面断层界面破坏情况。优选的，步骤1中，在第一类岩石材料凝固成型为类岩石试样之前，第一类岩石材料仍具有流动性时，拆卸转动挡板后，去除第一类岩石材料上原转动挡板位置的润滑油，将表面涂抹有润滑油的曲形薄板放入原转动挡板位置，待第一类岩石材料继续流动或继续添加第一类岩石材料，取出曲形薄板，去除第一类岩石材料上原曲形薄板位置的润滑油，将第一类岩石材料压实成型为类岩石试样。优选的，所述曲形薄板的曲面形状对应巴顿JRC标准粗糙度等级剖面曲线形状。优选的，步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变倾角断层滑移模拟试验方法，其特征在于，采用试样装置和加载装置；/n所述试样装置包括底板、滑动隔板、组合压板和转动挡板；底板的前后边沿均开设滑槽，底板的左右侧均布置滑动隔板，滑动隔板的前后端均设置有滑块，滑块滑动连接于滑槽内；底板的前后侧均布置组合压板，组合压板由多个压块依次首尾拼接而成，组合压板的两端拼接滑动隔板的末端；底板的中间位置布置转动挡板，转动挡板包括固定板和滑动板，所述固定板转动连接底板的中间位置且固定板可拆卸连接底板，所述固定板的两侧均滑动连接一块滑动板；滑动板的末端设置有定位件，所述定位件可拆卸连接组合压板；/n所述加载装置包括加载支承台、顶部加载压头、顶部承压单元、底部加载压头、侧加载压头、侧承压单元、承力座、应变片、声发射检波器、计算机和相机；加载支承台包括底座、左加载支承架、右加载支承架和上加载支承架，底座的左右侧分别设置左加载支承架和右加载支承架，左加载支承架和右加载支承架上架设上加载支承架；上加载支承架上设置顶部加载压头；顶部承压单元包括传力柱、滚柱和上承压板，传力柱的上端连接顶部加载压头，传力柱的下端并排转动连接多个滚柱，上承压板的一侧设置向下弯折的挡片；底座上设置底部加载压头；左加载支承架上设置承力座，承力座的右端从上到下并排转动连接多个滚柱；右加载支承架上设置侧加载压头；侧承压单元包括导向轴、直线轴承、侧承压板和滚柱，底座上于右侧设置导向轴，导向轴上设置直线轴承，直线轴承上设置侧承压板，侧承压板的左端从上到下并排转动连接多个滚柱；/n所述方法包括如下步骤：/n步骤1、试样制备/n转动固定板至设定角度以模拟设定角度的断层倾角，使滑动板相对于固定板伸缩，通过定位件将滑动板连接组合压板进行定位，底板、滑动隔板及组合压板围成半包围腔体，转动挡板将半包围腔体分隔成两个腔体，在底板的上表面、滑动隔板的内壁、组合压板的内壁及转动挡板的表面涂抹润滑油，将第一类岩石材料注入到两个腔体，待第一类岩石材料凝固成型为类岩石试样后，拆卸转动挡板及底板，去除类岩石试样表面的润滑油，对类岩石试样进行养护；/n其中，分别注入到两个腔体的第一类岩石材料为同种材料或不同种材料；/n步骤2、试样装配/n定义转动挡板后方腔体内的类岩石试样为下盘试样，定义转动挡板前方腔体内的类岩石试样为上盘试样，下盘试样与上盘试样共同组成类岩石试样，下盘试样与上盘试样搭接的界面为断层界面，在类岩石试样的上侧及下侧放置组合压板，在类岩石试样的左侧及右侧放置滑动隔板，将组合压板拼接滑动隔板，组合压板在断层界面位置断开；/n步骤3、加载准备/n类岩石试样中，将下盘试样放置于左下方，将上盘试样放置于右上方，下盘试样下侧的组合压板贴合底部加载压头，下盘试样左侧的滑动隔板贴合承力座上的多个滚柱，在上盘试样上侧放置顶部承压单元，上盘试样上侧的组合压板贴合上承压板，上盘试样右侧的滑动隔板顶部位置贴合挡片，上盘试样右侧的滑动隔板除顶部位置外的其他位置贴合侧承压板上的多个滚柱；/n或者，类岩石试样中，将下盘试样放置于右下方，将上盘试样放置于左上方，上盘试样下侧的组合压板贴合底部加载压头，上盘试样左侧的滑动隔板贴合承力座上的多个滚柱，在下盘试样上侧放置顶部承压单元，下盘试样上侧的组合压板贴合上承压板，下盘试样右侧的滑动隔板顶部位置贴合挡片，下盘试样右侧的滑动隔板除顶部位置外的其他位置贴合侧承压板上的多个滚柱；/n在类岩石试样表面断层界面沿线布置应变片，在类岩石试样表面左右两侧布置声发射检波器，在类岩石试样表面涂抹散斑，将相机对准类岩石试样表面，将顶部加载压头、底部加载压头、侧加载压头、应变片、声发射检波器及相机分别与计算机信号连接；/n步骤4、试样加载/n当“类岩石试样中，将下盘试样放置于左下方，将上盘试样放置于右上方”时，/n计算机先驱动侧加载压头对类岩石试样施加设定压力的侧向应力，计算机再驱动顶部加载压头对类岩石试样施加设定压力的轴向应力；上盘试样相对于下盘试样正倾向滑移过程中，侧承压板沿水平向右移动，传力柱下端的多个滚柱沿上承压板的表面滚动，侧承压板左端的多个滚柱沿上盘试样右侧的滑动隔板的表面滚动；/n当“类岩石试样中，将下盘试样放置于右下方，将上盘试样放置于左上方”时，/n计算机先驱动侧加载压头对类岩石试样施加设定压力的侧向应力，计算机再驱动底部加载压头对类岩石试样施加设定压力的轴向应力；上盘试样相对于下盘试样逆倾向滑移过程中，侧承压板沿水平向左移动，承力座右端的多个滚柱沿上盘试样左侧的滑动隔板的表面滚动，传力柱下端的多个滚柱沿上承压板的表面滚动，侧承压板左端的多个滚柱沿下盘试样右侧的滑动隔板的表面滚动；/n计算机记录顶部加载压头的实时轴向应力数据、底部加载压头的实时支承压力数据、侧加载压头的实时侧向应力数据、应变片实时监测的应变数据、声发射检波器实时监测的...

【技术特征摘要】
1.一种变倾角断层滑移模拟试验方法，其特征在于，采用试样装置和加载装置；
所述试样装置包括底板、滑动隔板、组合压板和转动挡板；底板的前后边沿均开设滑槽，底板的左右侧均布置滑动隔板，滑动隔板的前后端均设置有滑块，滑块滑动连接于滑槽内；底板的前后侧均布置组合压板，组合压板由多个压块依次首尾拼接而成，组合压板的两端拼接滑动隔板的末端；底板的中间位置布置转动挡板，转动挡板包括固定板和滑动板，所述固定板转动连接底板的中间位置且固定板可拆卸连接底板，所述固定板的两侧均滑动连接一块滑动板；滑动板的末端设置有定位件，所述定位件可拆卸连接组合压板；
所述加载装置包括加载支承台、顶部加载压头、顶部承压单元、底部加载压头、侧加载压头、侧承压单元、承力座、应变片、声发射检波器、计算机和相机；加载支承台包括底座、左加载支承架、右加载支承架和上加载支承架，底座的左右侧分别设置左加载支承架和右加载支承架，左加载支承架和右加载支承架上架设上加载支承架；上加载支承架上设置顶部加载压头；顶部承压单元包括传力柱、滚柱和上承压板，传力柱的上端连接顶部加载压头，传力柱的下端并排转动连接多个滚柱，上承压板的一侧设置向下弯折的挡片；底座上设置底部加载压头；左加载支承架上设置承力座，承力座的右端从上到下并排转动连接多个滚柱；右加载支承架上设置侧加载压头；侧承压单元包括导向轴、直线轴承、侧承压板和滚柱，底座上于右侧设置导向轴，导向轴上设置直线轴承，直线轴承上设置侧承压板，侧承压板的左端从上到下并排转动连接多个滚柱；
所述方法包括如下步骤：
步骤1、试样制备
转动固定板至设定角度以模拟设定角度的断层倾角，使滑动板相对于固定板伸缩，通过定位件将滑动板连接组合压板进行定位，底板、滑动隔板及组合压板围成半包围腔体，转动挡板将半包围腔体分隔成两个腔体，在底板的上表面、滑动隔板的内壁、组合压板的内壁及转动挡板的表面涂抹润滑油，将第一类岩石材料注入到两个腔体，待第一类岩石材料凝固成型为类岩石试样后，拆卸转动挡板及底板，去除类岩石试样表面的润滑油，对类岩石试样进行养护；
其中，分别注入到两个腔体的第一类岩石材料为同种材料或不同种材料；
步骤2、试样装配
定义转动挡板后方腔体内的类岩石试样为下盘试样，定义转动挡板前方腔体内的类岩石试样为上盘试样，下盘试样与上盘试样共同组成类岩石试样，下盘试样与上盘试样搭接的界面为断层界面，在类岩石试样的上侧及下侧放置组合压板，在类岩石试样的左侧及右侧放置滑动隔板，将组合压板拼接滑动隔板，组合压板在断层界面位置断开；
步骤3、加载准备
类岩石试样中，将下盘试样放置于左下方，将上盘试样放置于右上方，下盘试样下侧的组合压板贴合底部加载压头，下盘试样左侧的滑动隔板贴合承力座上的多个滚柱，在上盘试样上侧放置顶部承压单元，上盘试样上侧的组合压板贴合上承压板，上盘试样右侧的滑动隔板顶部位置贴合挡片，上盘试样右侧的滑动隔板除顶部位置外的其他位置贴合侧承压板上的多个滚柱；
或者，类岩石试样中，将下盘试样放置于右下方，将上盘试样放置于左上方，上盘试样下侧的组合压板贴合底部加载压头，上盘试样左侧的滑动隔板贴合承力座上的多个滚柱，在下盘试样上侧放置顶部承压单元，下盘试样上侧的组合压板贴合上承压板，下盘试样右侧的滑动隔板顶部位置贴合挡片，下盘试样右侧的滑动隔板除顶部位置外的其他位置贴合侧承压板上的多个滚柱；
在类岩石试样表面断层界面沿线布置应变片，在类岩石试样表面左右两侧布置声发射检波器，在类岩石试样表面涂抹散斑，将相机对准类岩石试样表面，将顶部加载压头、底部加载压头、侧加载压头、应变片、声发射检波器及相机分别与计算机信号连接；
步骤4、试样加载
当“类岩石试样中，将下盘试样放置于左下方，将上盘试样放...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭伟耀，谭彦，公绪飞，李玉蓉，赵同彬，谭云亮，张东晓，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37