一种真实仿真水压作用地层构造演化装置及演化方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种真实仿真水压作用地层构造演化装置及演化方法，其包括主框架、前后可视化挡板、垂向加载装置、侧向加载装置及大尺寸试件；主框架安装垂侧向加载装置，通过液压油缸进行加载；垂向加载装置位于试件上方，用于通过液压伺服油缸向试验台内的试件施加垂向应力；侧向加载装置位于主框架的侧方，用于向模型箱内的试件施加侧向应力。在箱体的底板上设置有注液孔，注液孔连接有供水装置，配备伺服稳压供水装置用于通过注液孔向储水施压凹槽内注入可控稳压水。本发明专利技术装置可以根据不同试验条件确定施加各垂侧向加载板压力，以及水压大小，研究承压水、不同地层条件耦合情况下对试件制备过程预制不同地层构造演化情况。

A real simulation of water pressure formation structure evolution and its evolution method

The invention discloses a real simulation device for stratum tectonic evolution and its evolution method, which comprises a main frame, a front and rear visualization baffle, a vertical loading device, a lateral loading device and a large-sized specimen; a vertical lateral loading device is installed in the main frame and loaded through a hydraulic cylinder; and a vertical loading device is located in the specimen. Above, the vertical stress is applied to the specimen in the test bench through the hydraulic servo cylinder, and the lateral loading device is located on the side of the main frame to apply the lateral stress to the specimen in the model box. The bottom plate of the box body is provided with a injection hole connected with a water supply device, which is equipped with a servo stabilized water supply device for injecting controllable stabilized water into the groove for pressurizing water storage through the injection hole. The device can determine the pressure applied to each vertical and lateral loading plate and the water pressure according to different test conditions, and study the structural evolution of different strata prefabricated in the process of specimen preparation under the coupling of confined water and different stratum conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种真实仿真水压作用地层构造演化装置及演化方法
本专利技术涉及地层构造模拟
，具体涉及一种真实仿真水压作用地层构造演化装置及演化方法。
技术介绍
深部矿山突水是一个典型的裂隙-水耦合传播发育过程，由于裂隙形成发育和连通而形成了承压水的流通渠道，可使含水层的水涌入采场，而深部复杂的地质力学特征导致了其具有较大的不确定性，进而导致深部突水灾害预测困难及强致灾性。与此同时，含水层的水压及冲刷效应会对邻近岩层施加压力，使之向采空区变形，进而造成岩石断裂，形成裂隙。采动过程中大尺度岩体裂隙(隐伏构造、断层等)在采动压力作用及含水层水压耦合作用下扩展传播，贯通含水层与工作面，形成宏观导水通道，是深部突水灾害的根本原因。由于水压作用下裂隙发育扩展规律的复杂性及研究手段的局限性，对真实水压作用下裂隙发育机理及监测预报研究还主要集中在理论分析、数值模拟及相似试验方面，缺乏对水压作用下裂隙传播发育扩展的动态监测实验室试验及可视化研究，仅仅依靠数值分析和理论分析结果存在误差且难以实现验证分析。国内外近年来在室内试验研究方面取得较大进展，产生一大批三维构造模拟装置及模拟突水裂纹扩展演化试验系统。但现有三维构造模拟装置未考虑水压的影响，仅进行三轴或单轴加载时，研究构造发育规律，研究缺乏对水压作用下地层构造演化影响的研究。现有模拟突水装置大都使用相似材料配比与现场真实岩石存在较大差距，且现有研究模拟水压时常通过实验材料与水管进行点接触加载水压，与现实情况下通过面接触加载水压存在明显区别。且相似材料配比时所能承受水压较低，总体上存在与实际可能存在较大不符，同时存在着单轴加载，观测手段单一等弊端。基于此，现有技术有待进一步改进和发展。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中所存在的技术问题，本专利技术的任务之一在于提出一种真实仿真水压作用地层构造演化装置，该装置可以根据不同试验条件确定施加各垂侧向加载板压力，以及水压大小，研究研究承压水、不同地层条件(不同深度地层地压不一样)耦合情况下对地层构造演化情况，模拟不同深度及开采条件下地质构造及地板承压水耦合作用下构造发育扩展演化研究。其技术解决方案包括：一种真实仿真水压作用地层构造演化装置，其包括可视化模型箱、垂向加载装置、侧向加载装置及位于所述可视化模型箱内的试件，所述可视化模型箱包括箱体、左右侧板、顶板和可拆卸的前后挡板，所述箱体与所述顶板、左右侧板、前后挡板之间形成一密闭空间；所述垂向加载装置位于所述箱体上方，用于向所述模型箱内的试件施加垂向应力，所述垂向加载装置的加载板下方黏结有柔性加载垫片一，以实现对所述试件的柔性加载，所述侧向加载装置位于所述箱体的侧方，用于向所述模型箱内的试件施加侧向应力，所述侧向加载装置的加载板前方设置有柔性加载垫片二，以实现对所述试件的柔性加载；在所述箱体的底板上设置有注液孔，所述注液孔连接有伺服稳压供水装置，所述伺服稳压供水装置用于向所述注液孔内注入可控稳压水，所述注液孔与所述侧向加载装置的加载板位置相对。作为本专利技术的一个优选方案，所述箱体的侧向加载板上设置有声发射探头孔。作为本专利技术的另一个优选方案，所述箱体的前板或后板由透明材料制作而成。该透明材料为高强度透明材料。进一步的，前后挡板、垂向加载装置、侧向加载装置均安装在试验台的主框架上。进一步的，所述试件规格尺寸300*300*400mm。本专利技术的另一任务在于提供一种真实仿真水压作用地层构造演化方法，其包括以下步骤：a向声发射探头孔内放置声发射探头、调试设备，准备进行声发射监测；将制作的试件放置于可视化模型箱内，连接注液孔与伺服稳压供水装置；b所述垂向加载装置、侧向加载装置和伺服稳压供水装置均通过计算机控制，完成实验前准备工作；c、向所述试件首先施加侧向应力并开启供水装置向注液孔内注入稳压水，待侧向加载完成后，采用应力或位移保持状态开始施加垂向应力；试验过程中通过摄像机对试件裂纹扩展和变形破坏过程进行观察并记录，直至试件破坏。进一步的，所述垂向加载装置、侧向加载装置通过液压缸与试验台相连。本专利技术所带来的有益技术效果为：与现有技术相比，本专利技术在箱体底部留有储水施压装置，经注液孔与可控稳压水连接，根据不同试验方案，施加不同水压，模拟水压作用下构造演化情况。承受水压便于控制和调节。采用面加载水压模拟承压水，改变了现有设备通过水管头部点加载对试件加载水压与现实不符的弊端。箱体前板或后板采用高强度透明材料制成，便于试验过程中观察实验现象。在箱体内预制声发射探头孔，便于后期通过声发射设备观察试验情况。材料配比制作类岩石试件更接近真实岩层，能够承受与现场相似水压大小。本专利技术装置可以自由变换构造及裂隙产状及位置。通过在不同条件下设置构造，可以模拟试验条件下，不同构造大小、形态，跨地层层位与否等等不同试验情况下，研究地层构造裂隙发育演化规律及突水特征。本专利技术可以根据不同试验条件确定施加各垂侧向加载板压力，以及水压大小，研究研究承压水、不同地层条件(不同深度地层地压不一样)耦合情况下对地层构造演化情况。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步说明：图1为本专利技术地层构造演化装置结构示意图；图2为本专利技术可视化模型箱部分结构示意图；图3为试件结构示意图；图4为试件所用模具结构示意图；图5为模具分解图；图中，1、侧向加载装置，2、垂向加载装置，3、垂向加载板，4、前后挡板，5、注液孔，6、储水施压凹槽，7、预制声发射探头孔，8、放试件位置。具体实施方式本专利技术提出了一种真实仿真水压作用地层构造演化装置及演化方法，为了使本专利技术的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本专利技术做详细说明。结合图1至图5所示，本专利技术一种真实仿真水压作用地层构造演化装置，包括可视化模型箱、垂向加载装置2、侧向加载装置1及位于所述可视化模型箱内的试件，试件放置在放试件位置8处，试件可根据试验要求进行选择，通过选择不同的模具尺寸，通过不同的材料(水泥，石膏，沙子，硅藻泥，煤粉等)配比制作不同类岩石试件铺设模型模拟不同地层；垂向加载装置位于试件上方，用于通过液压伺服油缸向试验台内的试件施加垂向应力，两个尺寸为300*200mm的垂向加载板3通过油缸并列放置在试验台上部，加载板下方黏结放置橡胶柔性加载垫片；侧向加载装置位于主框架的侧方，尺寸300*300mm，用于向模型箱内的试件施加侧向应力，侧向加载板前方放置橡胶柔性垫片；垂侧向加载板柔性垫片对试件实行柔性加载，避免对试件造成冲击损伤，同时防止垂侧向压头硬接触。可视化模型箱包括箱体、顶板和左右侧板和可拆卸的前后挡板4，各部件之间密闭连接，形成一个密闭的箱体，垂向加载装置用于向可视化模型箱内的试件施加垂向应力，侧向加载装置位于箱体的侧方，用于向模型箱内的试件施加侧向应力；上述侧向加载装置、垂向加载装置均可通过计算机来控制，其控制方式借鉴现有技术即可实现，此处不再冗述。在箱体的底板上设置有注液孔5，箱底底部留有储水施压装置(供水装置)，如储水施压凹槽6，经注液孔与可控稳压水连接，根据不同试验方案，施加不同水压，模拟水压作用下构造演化情况。注液孔设置有若干个，其分布在底板的前后两侧。为了便于后期通过声发射设备观察试验情况，在箱体的前板或后板上预制声发射探头孔7，模拟试验时，该声发射探头孔7内放置声发射探头。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真实仿真水压作用地层构造演化装置，其包括可视化模型箱、垂向加载装置、侧向加载装置及位于所述可视化模型箱内的试件，其特征在于：所述可视化模型箱包括箱体、左右侧板、顶板和可拆卸的前后挡板，所述箱体与所述顶板、左右侧板、前后挡板之间形成一密闭空间；所述垂向加载装置位于所述箱体上方，用于向所述模型箱内的试件施加垂向应力，所述垂向加载装置的加载板下方黏结有柔性加载垫片一，以实现对所述试件的柔性加载，所述侧向加载装置位于所述箱体的侧方，用于向所述模型箱内的试件施加侧向应力，所述侧向加载装置的加载板前方设置有柔性加载垫片二，以实现对所述试件的柔性加载；在所述箱体的底板上设置有注液孔，所述注液孔连接有伺服稳压供水装置，所述伺服稳压供水装置用于向所述注液孔内注入可控稳压水，所述注液孔与所述侧向加载装置的加载板位置相对。

【技术特征摘要】
1.一种真实仿真水压作用地层构造演化装置，其包括可视化模型箱、垂向加载装置、侧向加载装置及位于所述可视化模型箱内的试件，其特征在于：所述可视化模型箱包括箱体、左右侧板、顶板和可拆卸的前后挡板，所述箱体与所述顶板、左右侧板、前后挡板之间形成一密闭空间；所述垂向加载装置位于所述箱体上方，用于向所述模型箱内的试件施加垂向应力，所述垂向加载装置的加载板下方黏结有柔性加载垫片一，以实现对所述试件的柔性加载，所述侧向加载装置位于所述箱体的侧方，用于向所述模型箱内的试件施加侧向应力，所述侧向加载装置的加载板前方设置有柔性加载垫片二，以实现对所述试件的柔性加载；在所述箱体的底板上设置有注液孔，所述注液孔连接有伺服稳压供水装置，所述伺服稳压供水装置用于向所述注液孔内注入可控稳压水，所述注液孔与所述侧向加载装置的加载板位置相对。2.根据权利要求1所述的一种真实仿真水压作用地层构造演化装置，其特征在于：所述箱体的侧向加载板上设置有声发射探头孔。3.根据权利要求1所述的一种真实仿真水压作用地层构造演化装置，其特征在于：所述前后挡板均由透明材料制作而成。...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙熙震，孟凡宝，沈宝堂，文志杰，李杨杨，王昌祥，王文博，孙传平，张步初，胡大冲，张保良，庞达，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37