本發(fā)明屬于巖石裂隙模擬，具體涉及一種模擬巖石裂隙形成及演化過程的方法及模擬裝置。

背景技術(shù)：

1、裂隙是巖石受力后斷開并沿?cái)嗔衙鏌o顯著位移的斷裂構(gòu)造。它包括巖石節(jié)理在內(nèi)，常將其與節(jié)理看成同義詞。裂隙的形成過程十分復(fù)雜，舉例而言，按其成因分為原生和次生裂隙兩類。前者是在成巖過程中形成，后者則是巖石成巖后遭受外力所成。按力的來源又分為非構(gòu)造和構(gòu)造兩類裂隙。前者由外力地質(zhì)作用而成，如風(fēng)化、滑坡、坍塌等裂隙，它們常局限于地表，規(guī)模不大且分布不規(guī)則。后者則由構(gòu)造作用形成，分布極廣而有規(guī)律，延伸較長且深，可切穿不同巖層。裂隙對(duì)工程建設(shè)影響較大，特別是對(duì)隧道及地下工程的穩(wěn)定性影響更大。舉例而言，由于地殼運(yùn)動(dòng)而引起的裂隙，稱為“構(gòu)造裂隙”；由于風(fēng)化作用而引起的裂隙，稱為“風(fēng)化裂隙”；在火成巖冷凝過程中及沉積物固化成巖石的過程中產(chǎn)生的裂隙，稱為“成巖裂隙”。

2、目前對(duì)裂隙研究只局限于定性層面，例如，目前的研究未考慮構(gòu)造對(duì)裂隙的控制在時(shí)間上（構(gòu)造多期性對(duì)裂隙發(fā)育的影響）、空間上（不同構(gòu)造部位對(duì)裂隙發(fā)育的控制）的變化，針對(duì)上述問題，如何加深對(duì)裂隙的研究，是需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種模擬巖石裂隙形成及演化過程的方法及模擬裝置，通過該方法能夠研究構(gòu)地質(zhì)構(gòu)造對(duì)巖石裂隙的形成和演化。

2、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一方面，本申請實(shí)施例提供了一種模擬巖石裂隙形成及演化過程的方法，包括：

3、s1，將取樣的試樣處理成正方體結(jié)構(gòu)；

4、s2，通過施壓部件向試樣的第一面進(jìn)行循環(huán)加載應(yīng)力，通過反力部件支撐試樣的第二面，第一面為形成試樣第一頂點(diǎn)的三個(gè)表面，第二面為形成試樣第二頂點(diǎn)的三個(gè)表面，第一頂點(diǎn)和第二頂點(diǎn)位于試樣的體對(duì)角線上；

5、s3，調(diào)整加載的應(yīng)力大小，直至試樣出現(xiàn)裂縫，記錄三個(gè)第一面的壓力大??；

6、s4，進(jìn)一步調(diào)整加載的應(yīng)力大小，記錄裂縫的長度，直至試樣破壞。

7、在一些實(shí)施例中，所述循環(huán)加載應(yīng)力是指：

8、s21，設(shè)定壓力值變量δσ；

9、s22，在三個(gè)第一面中，選擇兩個(gè)第一面，將其中一者的壓力值增加δσ，另一者的壓力值減少δσ；

10、s23，將三個(gè)第一面受到的壓力值調(diào)整為初始值；

11、s24，重新選擇兩個(gè)第一面，將其中一者的壓力值增加δσ，另一者的壓力值減少δσ。

12、在一些實(shí)施例中，所述調(diào)整加載的應(yīng)力大小是指，增加δσ的值。

13、在一些實(shí)施例中，施壓部件和試樣之間設(shè)置有墊板，墊板為透明材質(zhì)。

14、在一些實(shí)施例中，墊板的邊緣設(shè)置有滑槽，滑槽中容納有刻度尺。

15、在一些實(shí)施例中，施壓部件和反力部件設(shè)置于透明模擬箱中。

16、另一方面，本申請實(shí)施例還提供了一種模擬裝置，應(yīng)用于上述實(shí)施例中的方法，包括箱體和三個(gè)推動(dòng)部件。箱體用于容納試樣，所述箱體相交的三個(gè)內(nèi)壁面形成三個(gè)反力部，三個(gè)所述內(nèi)壁面的法向分別沿第一方向、第二方向和第三方向延伸，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向兩兩垂直。三個(gè)推動(dòng)部件，容納于所述箱體，用于向試樣施壓，所述推動(dòng)部件包括移動(dòng)端，三個(gè)所述推動(dòng)部件中，其中一者的所述移動(dòng)端沿所述第一方向移動(dòng)，另一者的所述移動(dòng)端沿所述第二方向移動(dòng)，第三者的所述移動(dòng)端沿所述第三方向移動(dòng)。

17、在一些實(shí)施例中，所述推動(dòng)部件包括第一腔體和第一活塞部。第一腔體設(shè)置于所述箱體。第一活塞部沿所述第一腔體的軸向可移動(dòng)地容納于所述第一腔體，所述第一活塞部將所述第一腔體內(nèi)部分隔為兩個(gè)部分，所述移動(dòng)端連接于所述第一活塞部。

18、在一些實(shí)施例中，還包括控制組件，所述控制組件包括控制部件，所述控制部件包括第二腔體、第二活塞部，所述第二腔體設(shè)置于所述箱體，所述第二腔體的軸向沿所述驅(qū)動(dòng)軸的軸向延伸，所述第二活塞部沿所述第二腔體的軸向可移動(dòng)地容納于所述第二腔體，所述第二活塞部將所述第二腔體內(nèi)部分隔為兩個(gè)部分，所述第二腔室的兩個(gè)部分一一對(duì)應(yīng)地與所述第一腔室的兩個(gè)部分聯(lián)通。

19、在一些實(shí)施例中，所述控制組件還包括驅(qū)動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)套和傳動(dòng)部件。驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述箱體，驅(qū)動(dòng)套套設(shè)于所述驅(qū)動(dòng)軸的周壁外，所述驅(qū)動(dòng)套設(shè)置有螺旋槽，所述螺旋槽的軸向沿所述驅(qū)動(dòng)軸的軸向延伸。傳動(dòng)部件用于調(diào)整所述驅(qū)動(dòng)軸和所述驅(qū)動(dòng)套的傳動(dòng)狀態(tài)，所述連接部連接于所述第二活塞部，所述連接部插設(shè)于所述螺旋槽。

20、本發(fā)明具有以下有益效果：

21、通過本方法能夠?qū)r石在長期地質(zhì)構(gòu)造作用下的裂縫的形成和演化進(jìn)行研究，再現(xiàn)地下天然巖體的失穩(wěn)過程，可用于揭示地下巖體的失穩(wěn)致災(zāi)機(jī)理，為地下硐室穩(wěn)定性分析、支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化提供理論參照。

技術(shù)特征：

1.一種模擬巖石裂隙形成及演化過程的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬巖石裂隙形成及演化過程的方法，其特征在于，所述循環(huán)加載應(yīng)力是指：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬巖石裂隙形成及演化過程的方法，其特征在于，所述調(diào)整加載的應(yīng)力大小是指，增加δσ的值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬巖石裂隙形成及演化過程的方法，其特征在于，施壓部件和試樣（4）之間設(shè)置有墊板，墊板為透明材質(zhì)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬巖石裂隙形成及演化過程的方法，其特征在于，墊板的邊緣設(shè)置有滑槽，滑槽中容納有刻度尺。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬巖石裂隙形成及演化過程的方法，其特征在于，施壓部件和反力部（2）件設(shè)置于透明模擬箱中。

7.一種模擬裝置，應(yīng)用于如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模擬裝置，其特征在于，所述推動(dòng)部件（3）包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬裝置，其特征在于，還包括控制組件，所述控制組件包括所述控制部件，所述控制部件包括第二腔體（12）、第二活塞部（11），所述第二腔體（12）設(shè)置于所述箱體（1），所述第二腔體（12）的軸向沿所述驅(qū)動(dòng)軸（10）的軸向延伸，所述第二活塞部（11）沿所述第二腔體（12）的軸向可移動(dòng)地容納于所述第二腔體（12），所述第二活塞部（11）將所述第二腔體（12）內(nèi)部分隔為兩個(gè)部分，所述第二腔室的兩個(gè)部分一一對(duì)應(yīng)地與所述第一腔室的兩個(gè)部分聯(lián)通。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的模擬裝置，其特征在于，所述控制組件還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明具體涉及一種模擬巖石裂隙形成及演化過程的方法及模擬裝置，屬于巖石裂隙模擬技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：S1，將取樣的試樣處理成正方體結(jié)構(gòu)。S2，通過施壓部件向試樣的第一面進(jìn)行循環(huán)加載應(yīng)力，通過反力部件支撐試樣的第二面，第一面為形成試樣第一頂點(diǎn)的三個(gè)表面，第二面為形成試樣第二頂點(diǎn)的三個(gè)表面，第一頂點(diǎn)和第二頂點(diǎn)位于試樣的體對(duì)角線上。S3，調(diào)整加載的應(yīng)力大小，直至試樣出現(xiàn)裂縫，記錄三個(gè)第一面的壓力大小。S4，進(jìn)一步調(diào)整加載的應(yīng)力大小，記錄裂縫的長度，直至試樣破壞。通過本方法能夠?qū)r石在長期地質(zhì)構(gòu)造作用下的裂縫的形成和演化進(jìn)行研究。

技術(shù)研發(fā)人員：孫寧,曹學(xué)興,鐘輝亞,盧征攀,余政興,湯冠雄,彭書良,羅京,陳強(qiáng),韓愛果,符文熹,葉飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9