[发明专利]一种模拟复杂应力下岩体水力劈裂扩展可视化的试验装置

说明书

本发明公开了一种模拟复杂应力下岩体水力劈裂扩展可视化的试验装置，包括模具系统、荷载系统、透明岩、数据采集系统；模具系统由瓣模、底板、钢片等组成；荷载系统由油压装置、伺服作动器、加载杆、加载板组成，所述伺服作动器与加载杆相连，所述加载杆与加载板相连；数据采集系统由激光器、CCD相机、计算机组成。本发明利用了透明岩技术和计算机图像处理技术实现了对复杂应力下岩体水力劈裂扩展过程的可视化模拟，装置简单，经济可行性高。

技术领域

本发明涉及工程试验技术领域，尤其涉及一种模拟复杂应力下岩体水力劈裂扩展可视化的试验装置。

背景技术

岩体水力劈裂是指岩体在高应力作用后内部萌生细微裂纹，高压水侵入岩体中的软弱节理面，若岩水无法达成平衡，既有裂纹将进一步开裂、延伸，最终发生贯通破坏的现象。岩体水力劈裂广泛地存在于山体隧道开挖、城市地铁修建等施工过程中，其发生的潜在性对施工过程的安全进行带来了很大的威胁，因此，众多科研工作者对岩体水力劈裂这一问题进行了深入的研究。其中模型试验是最常见、最有效的方法之一。

然而目前还很少有针对复杂应力下岩体水力劈裂发展过程的试验设备。在本发明前，中国申请发明专利“模拟混凝土重力坝坝踵水力劈裂的试验装置和试验方法”（申请号：2016108445708.6）公布了一种包括模具、钢片、测压导管、应变片、密封装置、弯矩施加装置、水压力供给装置和测量采集仪器组成的试验装置，该装置可实现重力坝坝踵处这一薄弱区域水力劈裂情况的真实模拟，克服了传统劈裂试验中机械力无法模拟的真实情况、模拟应力状态简单以及试验过程中水压、应变数据同步采集困难等缺陷。但是该发明技术所针对的工程背景过于局限，不利于对常规应力状态下岩土或混凝土水力劈裂发展过程的理论研究，并且由于岩土或者混凝土材料的不透明性，难以对劈裂破坏发展过程中的应力应变及位移变化进行可视化观测，因而存在一定的局限性。

透明岩是由物理力学性质与天然岩体相似的透明颗粒材料混和具有相同折射率的液体制备而成，因制备过程所需的固、液两相材料的折射率相同而呈现透明状，并且其物理力学性质与天然岩体相似；透明岩因其具备透明可视性好、制备容易、与岩石性质相似等优点在土木工程试验领域得到了广泛的应用。因此，利用透明岩材料，提出一种可模拟复杂应力下岩体水力劈裂扩展可视化的试验装置可就显得尤为必要了。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足和缺陷，提出一种可用于模拟复杂应力下岩体水力劈裂的试验装置，解决了水力劈裂过程中既有裂缝扩展中应力、位移不可见的难题，实现了复杂应力下岩体水力劈裂的可视化模拟。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明公开了一种模拟复杂应力下岩体水力劈裂扩展可视化的试验装置，其特征在于：包括模具系统、荷载系统、透明岩、数据采集系统；

所述模具系统由瓣模15、底板16、钢片19等组成；

所述荷载系统由油压装置、伺服作动器6、加载杆5、加载板13组成，所述伺服作动器6与加载杆5相连，所述加载杆5与加载板13相连；

所述数据采集系统由激光器3、CCD相机4、计算机1组成。

所述的瓣模15可通过螺丝14相互连接并与底板16连接。所述的钢片19和瓣模15内壁涂抹一层凡士林。

所述瓣模15的侧面在1/3~2/3处设有预留槽口17。

所述混合油8为与透明岩11组成中具有相同质量比的液体石蜡和正十三烷的混合溶液。

所述玻璃筒10由与透明岩11、混合油8具有相同折射率的有机玻璃材料制成。

所述的透明岩11为液体石蜡和正十三烷的混合溶液与硅粉按一定比例混合、搅拌、抽真空、入模、拆模制成。

所述的激光器3安置在机架2的左侧或者右侧。