[实用新型]脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统

说明书

本实用新型涉及岩体物理模型试验的技术领域，特别涉及脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统及方法。包括岩石模型、落锤式冲击试验机、图像采集装置和图像处理装置；岩石模型为透明含裂隙的立方体的岩石模型，裂隙内充满示踪粒子流体；落锤式冲击试验机可模拟冲击载荷对岩石模型施加脉冲应力；图像采集装置包括相机机构和照明机构，相机机构可全程拍摄岩石模型的图像，照明机构对相机机构进行补光；图像处理装置包括图像采集卡和计算机，图像采集卡和所述相机机构连接，将相机机构采集到的图像进行数字化处理，数字化处理后的图像信息被传输到计算机中进行存储和分析，实现在爆破等动力荷载所引起动水压作用下裂隙岩体响应全过程可视化模拟。

技术领域

本实用新型涉及岩体物理模型试验的技术领域，特别涉及脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统。

背景技术

在爆破、地震等强动应力作用下岩体裂隙不断扩展形成贯通的导水通道，随着裂隙扩展累积不断增大，渗透系数发生非线性阶跃增大，其渗流场发生显著变化，从而导致岩体极易发生突水事故。在此期间，岩体裂隙渗流表征参量，如流速、流量和体积等受时空效应影响，具有非稳态特征，所以破坏程度和概率显著加大，进而加剧了岩体结构的损伤断裂进程，并且在非稳态渗压诱导下断裂特征参数及演化过程难以厘定，所以突水事故难以进行定量化推断。

因此，有必要深入开展动应力作用下非稳态渗压诱导岩体破裂响应研究，研究成果可以为岩体动应力下渗流灾害预测、评估与控制提供科学决策参考，对于实现渗压作用破坏物理模拟实验、完善理论分析模型、发展数值重构分析方法、优化工程灾害评估等具有突出的科研价值和工程指导意义。

目前一些学者对非稳态渗压下岩石裂隙响应进行了研究，如研究动水压作用下岩石裂隙尖端的应力强度因子大小及断裂韧度的特性等，但所述研究并未涉及脉冲动水压下岩石裂隙的扩展特性及岩体的变形特性。随着计算机和材料科学的发展，已经有学者通过透明材料代替岩石进行试验，如使用透明材料代替岩石试件，研究单轴荷载作用下单、双裂隙裂隙的扩展过程，采用透明树脂材料制作含三维裂隙试件进行试验，研究了三维裂隙的扩展与破坏过程等。但是尚未有研究学者利用含裂隙岩石模型进行岩体内流体渗压诱导裂隙扩展的模拟实验。

实用新型内容

本实用新型解决背景技术中的问题，提出了脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统，可直观显现脉冲动水压作用下岩石内部裂隙扩展进程，得到裂隙扩展特性及岩体变形特性，实现在爆破等动力荷载所引起动水压作用下裂隙岩体响应全过程可视化模拟。

具体的技术方案为，脉冲动水压下岩石裂隙响应可视化模拟实验系统，包括岩石模型1、图像采集装置和图像处理装置7；

所述岩石模型1为透明含裂隙的立方体，所述岩石模型1的上部中间设有上端敞口的圆柱体空腔12，与圆柱体空腔12的下端对应的岩石模型1的中部设有椭圆裂隙空腔11，椭圆裂隙空腔11的长轴两端对应着岩石模型1内部均设有若干条微裂纹13；圆柱体空腔12的下端和椭圆裂隙空腔11连通；所述圆柱体空腔11内设有示踪粒子流体，示踪粒子流体的液面上方设有活塞机构4；所述活塞机构4包括活塞43和活塞杆42，活塞杆42的上部伸至圆柱体空腔12的上端外部；

所述图像采集装置包括两台CCD相机6和两个LED照明灯3；所述两台CCD相机6分别位于岩石模型1的相对两侧，两个LED照明灯3分别位于岩石模型1相对两侧的上方；

所述图像处理装置7包括图像采集卡71和计算机72，图像采集卡71和所述每台CCD相机6分别连接，将两台CCD相机6采集到的图像进行数字化处理，数字化处理后的图像信息被传输到计算机72中进行存储和分析；

进一步，所述岩石模型1为透明光敏树脂材料经3D打印而成的透明含裂隙的立方体。

进一步，所述圆柱体空腔12的直径为椭圆裂隙空腔11短轴长度的50%。