一种用于地质力学模型试验的断层制作装置与操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于地质力学模型试验的断层体制作装置与操作方法，所述的断层体制作装置包括断层隔板、断层隔板固定板、螺栓和内撑板；断层隔板通过三块内撑板相连，以保证该装置的刚度要求。断层隔板通过断层隔板固定板和螺栓固定于模型架导向框内侧，从而保证了制作断层时该装置的稳定。通过调节断层隔板之间的距离和倾斜方向可实现任意厚度、任意方位断层体的制作。本发明专利技术解决了地质力学模型试验中倾斜断层体制作困难、断层方向难以固定的问题，同时该发明专利技术装置构造简单、拆卸方便、实用可靠和造价低廉，同时操作方法容易掌握，具有广阔的应用前景。

A fault making device and operation method for geomechanical model test

The present invention relates to a fault body fabrication device and operation method for geomechanical model test, which includes fault partition, fault partition fixing plate, bolt and inner bracing plate, and fault partition plate is connected by three inner bracing plates to ensure the stiffness requirement of the device. The fault diaphragm is fixed on the inner side of the guide frame of the model frame through the fixing plate and bolts of the fault diaphragm, thus ensuring the stability of the device when fabricating the fault. The faults with arbitrary thickness and orientation can be fabricated by adjusting the distance and inclination direction between fault barriers. The invention solves the problems of difficult fabrication of inclined fault system and difficult fixing of fault direction in geomechanics model test. At the same time, the device has simple structure, convenient disassembly, practical reliability, low cost, easy grasp of operation method, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种用于地质力学模型试验的断层制作装置与操作方法
本专利技术涉及一种地下工程试验装置，具体地说是一种模型试验中制作断层体的装置及操作方法。
技术介绍
随着我国地下工程建设的发展，在交通、能源、水电、矿山等领域出现了越来越多的大型隧洞工程，这些隧洞穿越区往往地质条件复杂，断层发育。隧道围岩的变形与破坏一般受断层破碎带等软弱地层控制，施工中特别容易诱发涌水、突泥和隧道塌方等事故，给隧道工程的设计和施工带来极大的困难。以相似理论为基础的模型试验方法一直以来都是地下工程研究的一种重要手段，对地下工程的发展起着很大的推动作用，特别是在一些地质条件复杂、工程艰难的重大工程中，模型试验更是发挥着不可替代的作用，为工程设计与施工提供了宝贵的试验数据。因此采用模型试验研究跨断层隧道施工过程中围岩变形破坏特性具有重要的工程实践意义。地质力学模型试验大多针对均质围岩、水平层状或竖直层状岩体进行研究，对于含任意方位、任意厚度断层的模型试验研究较少，主要是因为模型试验中断层的制作困难、断层方向和断层厚度不易控制，导致制作的断层与实际相差较大，试验效果不佳。目前，国内外关于地质力学模型试验断层体制作的试验装置和操作方法的研究现状如下：(1)《岩土工程学报》2013年第9期介绍了一种模型试验中黏滑错动断层的制备方法，其采用两层PVC塑料板中间涂黄油模拟黏滑错动断层，然而PVC板的存在必然影响断层附近模型材料的力学性质，与实际工程不符，同时模型体制备过程中断层方位的固定方法也没有提及。(2)《岩石力学与工程学报》2016年第3期介绍了一种模型试验中倾斜断层的制备方法，其采用的是在完整模型体的基础上，切割模型，并在切割后的模型一侧均匀地铺设滑石粉拍压平实后，最后重新回填模型材料的方法，该法虽然可制备出所需的断层，然而整个过程历时较长，同时也造成了大量的浪费，实用性不大。(3)申请号为201310138832.5的专利技术专利提出了一种可预制断层的装置和方法，但该专利涉及的装置不能拆除取出，一旦固定，整个填筑模型材料期间不能移动，同时也不能对模型体进行真三维加载，也即该装置只适用于自重应力场下的模型试验研究，不能满足多功能的需求。(4)申请号为201610549967.4的专利技术专利提出了一种制备断层致灾构造的装置和方法，但该断层装置同样不能拆除取出，填筑模型材料时只能人工夯实，难以达到所需的成型压力，制备的模型体也难以满足相似条件，同时后续试验中同样不能对模型体施加真三维应力，适用范围非常有限。(5)申请号为201510056031.3的专利技术专利研发了一种双向多角度智能翻转模型试验装置，该装置可实现任意方向和任意厚度断层的制作，但该装置过于复杂，操作不便，且造价昂贵，不利于推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有装置和技术的不足，提供一种简单实用、造价低廉的可拆卸断层制作装置和操作方法。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种用于地质力学模型试验的断层体制作装置，包括断层隔板、断层隔板固定板、内撑板和螺栓；所述的断层隔板包括两个，两个断层隔板相互平行，且两个断层隔板通过多个内撑板连接，在每个断层隔板的两端分别设有一个断层隔板固定板，且在所述的断层隔板固定板上设有安装槽，在所述的安装槽内设有用于将断层隔板固定板固定于模型架导向框内侧的螺栓。进一步的，所述断层隔板是由两块高强有机玻璃板组成，为方便放入模型架内，断层隔板的长度略小于模型体长度，宽度略高于每次填筑模型材料的高度。进一步的，所述内撑板是由三块较小的高强有机玻璃板组成，长度等于断层厚度，宽度约等于每次填料高度的三分之一即可，制作断层时使用有机玻璃胶将其与断层隔板粘结固定，目的在于提高断层隔板的整体刚度，使断层制作过程中断层的厚度不变。进一步的，所述的多个内撑板在断层隔板之间相互平行设置，且内撑板方向与断层隔板垂直。进一步的，所述断层隔板的方向和间距取决于实际断层的方向和厚度，通过调节断层隔板的方向和间距可以制作任意方向和任意厚度的断层。进一步的，所述断层隔板固定板为下部有卡槽的高强有机玻璃板组成，下部的卡槽用于卡装断层隔板上，在断层隔板固定板的中间部位设有安装槽，安装槽的宽度稍大于螺栓直径，制作断层时，将其下部卡住断层隔板，上部用螺栓固定于模型架导向框内侧，目的在于固定断层隔板，使断层制作过程中断层的方位不变。进一步的，所述的安装槽的长度为整个断层隔板固定板长度的2/3左右。利用上面所述的用于地质力学模型试验的断层体制作装置进行断层体制作方法，步骤如下：1)根据断层的方位和厚度将断层隔板和内撑板采用玻璃胶粘结固定；2)将粘结稳定的断层隔板放入模型箱内所要制作断层的位置，并把断层隔板固定板下部凹槽卡住断层隔板，然后用螺栓将断层隔板固定板固定于模型架导向框内侧；3)根据每次填筑的高度，按确定的材料配比计算、称重并拌均断层部位、断层前和断层后部位的模型材料；4)依次将搅拌均匀的相似材料倒入断层部位、断层前和断层后部位，每次填筑三分之一的模型材料，并采用夯实工具初步压实，然后拧松螺栓，将断层隔板沿着断层倾斜方向提升三分之一的填筑高度，并用捣实工具将断层隔板提升后形成的空间挤密捣实，最后拧紧螺栓重新固定断层隔板固定板；重复该过程3次，即完成该层材料的初步压实；5)拆除并取出断层制作装置，采用压实装置按照相应的成型压力进行压实，最后风干养护即可完成该层模型体的制作；6)循环步骤2～步骤5，直至填至模型体顶部，即可制作出含有断层体的地质力学模型。本专利技术具有如下有益效果：(1)通过在断层隔板间设置内撑板，可以提高断层隔板的整体刚度，使断层制作过程中断层的厚度不发生变化。(2)断层隔板固定板通过下部凹槽和螺栓将断层隔板与模型架固定为一整体，增加了断层隔板的整体稳定性，使断层制作过程中断层的方向不发生变化。(3)本专利技术涉及的断层制作装置构造简单、造价低廉、实用可靠，拆卸容易，可满足各种类型模型试验对任意方位和任意厚度断层制作的要求。(4)本专利技术提出的断层制作方法简单易学，方便实用，在地质力学模型试验中具有广阔的应用前景。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为模型试验断层制作装置示意图；图2为压实装置示意图；图3为模型试验断层制作示意图；图中，1.断层隔板；2.断层隔板固定板；3.内撑板；4.螺栓；5.压实加载环；6.压实加载板；7.导向框；8.断层前部位；9.断层部位；10.断层后部位。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；为了方便叙述，本专利技术中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于地质力学模型试验的断层体制作装置，其特征在于，包括断层隔板、断层隔板固定板、内撑板和螺栓；所述的断层隔板包括两个，两个断层隔板相互平行，且两个断层隔板通过多个内撑板连接，在每个断层隔板的两端分别设有一个断层隔板固定板，且在所述的断层隔板固定板上设有安装槽，在所述的安装槽内设有用于将断层隔板固定板固定于模型架导向框内侧的螺栓。

【技术特征摘要】
1.一种用于地质力学模型试验的断层体制作装置，其特征在于，包括断层隔板、断层隔板固定板、内撑板和螺栓；所述的断层隔板包括两个，两个断层隔板相互平行，且两个断层隔板通过多个内撑板连接，在每个断层隔板的两端分别设有一个断层隔板固定板，且在所述的断层隔板固定板上设有安装槽，在所述的安装槽内设有用于将断层隔板固定板固定于模型架导向框内侧的螺栓。2.如权利要求1所述的一种用于地质力学模型试验的断层体制作装置，其特征在于，所述断层隔板的材料选择高强有机玻璃板。3.如权利要求1所述的一种用于地质力学模型试验的断层体制作装置，其特征在于，所述断层隔板的长度略小于模型体长度，宽度略高于每次填筑模型材料的高度。4.如权利要求1所述的一种用于地质力学模型试验的断层体制作装置，其特征在于，所述内撑板的材料选择高强有机玻璃板。5.如权利要求1所述的一种用于地质力学模型试验的断层体制作装置，其特征在于，所述的内撑板长度等于断层厚度，宽度约等于每次填料高度的三分之一。6.如权利要求1所述的一种用于地质力学模型试验的断层体制作装置，其特征在于，所述的多个内撑板在断层隔板之间相互平行设置，与内撑板方向与断层隔板垂直。7.如权利要求1所述的一种用于地质力学模型试验的断层体制作装置，其特征在于，所述断层隔板的方向和间距取决于实际断层的方向和厚度，通过调节断层隔板的方向和间距制作任意方向和任意厚度的断层。8.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强勇，任明洋，李术才，向文，陈尚远，李帆，丁炎志，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37