[发明专利]一种真实仿真水压作用地层构造演化装置及演化方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及地层构造模拟技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

为了解决上述现有技术中所存在的技术问题，本发明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。

作为本发明的一个优选方案，所述箱体的侧向加载板上设置有声发射探头孔。

作为本发明的另一个优选方案，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。