[发明专利]一种平面可视化水力劈裂模拟试验方法

说明书

本发明提供一种平面可视化水力劈裂模拟试验方法，针对岩石水力劈裂试验难以密封，试验过程难以监测的难题，在试样模具中放置用于预制纺锤形裂隙的钢插件，在模具中浇筑类岩石材料，振捣，养护至初凝，然后拆除模具与钢插件，继续养护至设定龄期，得到含预制纺锤形裂隙的类岩石试样，通过双轴试验机在类岩石试样上施加设定的双轴作用力，在纺锤形裂隙中放置一个与预制裂隙形状、大小相同的高强橡胶水囊，通过高强橡胶管将水囊连接至水压机，使水囊加压后与裂隙表面良好接触，加压至类岩石试样预制裂隙劈裂破坏，纺锤形裂隙可以与高强橡胶水囊变形耦合，在模拟水压作用时，体现裂隙的尖端效应。

技术领域

本发明涉及类岩石材料水力劈裂特性的试验技术领域，提供一种平面可视化水力劈裂模拟试验方法。

背景技术

工程岩体在水渗流与应力相互作用下的变形、损伤破坏及稳定性是许多工程学科共同关心的课题。随着地下工程的迅速发展，岩体的水力劈裂问题日益受到工程界和学术界的重视。由于地质构造的复杂和其他诸多因素，岩体中存在着许多不同程度的裂隙。单一裂隙是构成岩体裂隙网络的基本元素，通过对单一裂隙岩体的水力劈裂特性进行研究，对复杂的裂隙网络具有重要的理论指导意义。

目前虽已有学者采用一些立方形、圆柱形等劈裂试件对类岩石材料的水力劈裂问题进行研究，但是基本上都是基于三维立体试验模型进行的，这种方法在进行试验时，需要保证整个试件完全密封才能进行较高的水压试验，一旦有一个面密封不好，则无法进行较高的水压试验，且对于试验过程难以监测。

因此有必要提出一种新的方法，使其能够简化密封过程或无需密封，并且可以清晰观察到裂隙以监测裂隙的扩展过程。

发明内容

本发明针对岩石水力劈裂试验难以密封，试验过程难以监测的难题，提供一种方便快捷的、无需密封的、试验过程可视化的水力劈裂模拟试验方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种平面可视化水力劈裂模拟试验方法，包括以下步骤为：

a、在试样模具中放置用于预制纺锤形裂隙的钢插件，在模具中浇筑类岩石材料，对类岩石材料振捣、养护至初凝，然后拆除模具与钢插件，继续养护至设定龄期，得到含预制纺锤形裂隙的类岩石试样；

b、对类岩石试样施加设定的竖向压力和横向压力；

c、在纺锤形裂隙中放置一个与预制的纺锤形裂隙形状、大小相同的高强橡胶水囊，通过高强橡胶管将高强橡胶水囊连接至水压机；

d、经由水压机向高强橡胶水囊施加水压，使高强橡胶水囊加压后与纺锤形裂隙表面良好接触，加水压至类岩石试样中的预制纺锤形裂隙劈裂破坏，并记录纺锤形裂隙劈裂时的水压机压力表读数。

进一步的，在所述的步骤b中是通过双轴压力试验机的竖向压头和横向压头对类岩石试样施加设定的竖向压力和横向压力。

进一步的，所述的竖向压头和横向压头所加载的面为非钢插件所对应的面。

进一步的，所述的用于预制纺锤形裂隙所用的钢插件为用钢材轧制而成的实心立体钢制材料，其截面形状为两个半径相同的圆相交而成。

进一步的，所述的高强橡胶水囊与预制纺锤形裂隙所用的钢插件形状、大小相同，纺锤形裂隙可以与高强橡胶水囊变形耦合，在模拟水压作用同时，体现裂隙的尖端效应，高强橡胶水囊通过高强橡胶管连接至水压机，高强橡胶水囊和高强橡胶管均采用厚度为2mm的高强橡胶。

进一步的，所述的类岩石材料为水泥、沙子和水按设定配比配制而成。

进一步的，所述的一种平面可视化水力劈裂模拟试验方法，试验过程中无需复杂的密封过程以保证水压，同时可以实时监测到纺锤形裂隙的扩展过程，实现过程可视化。

本发明的有益效果：