[发明专利]一种用于模拟岩石软弱面失稳过程的双剪试验装置及方法

说明书

本发明提供一种用于模拟岩石软弱面失稳过程的双剪试验装置及方法，涉及岩石摩擦实验技术领域，包括端部带有试样腔室的试样夹持器、试样、端部带内凹腔的内凹端头、位移传感、加载系统，所述试样包括上岩块、中岩块、下岩块，所述上岩块、下岩块对称设置在中岩块的上下两侧，所述中岩块与上岩块、下岩块之间分别填充有第一层充填泥、第二层充填泥，所述内凹端头将上岩块、下岩块固定在试验夹持器的试样腔室内。该装置可模拟实际地层中不同软、硬岩层形成的多个滑动面摩擦滑动问题，通过改变温度、压力、水流等等条件，开展变温度‑压力‑水流等多场耦合条件的岩石(断层泥)摩擦滑动，深度还原实际地层中断层的失稳运动过程。

技术领域

本发明涉及岩石摩擦实验技术领域，具体为一种用于模拟岩石软弱面失稳过程的双剪试验装置及方法。

背景技术

岩石破裂后，沿着所形成的破裂面滑动是其进一步运动的主要方式，统计数据表明，90％的浅源构造地震皆由已有断层的重新滑动引起。因此，研究断层的摩擦强度及滑动稳定性成为揭示地震成因机制的基础和关键，亦是当前地震动力学研究中的一个热点。室内试验是探索断层摩擦力学性质的主要手段，室内试验主要通过模拟现场的温度-压力-流体-化学条件，对从断层中采集的岩石或断层泥开展摩擦滑动试验，进而分析岩石(断层泥)的强度及稳定性，断层摩擦力学研究的深度很大程度上取决于岩石摩擦试验技术的发展程度。

但受现有试验设备的限制，当前的岩石摩擦滑动试验研究中试样大多只包含一个滑动面，而实际地层中通常由软、硬互层形成多个滑动面。

综上所述，确实有必要提供一种岩石双面剪切试验装置，以克服现有岩石剪切试验设备无法模拟实际地层中含多个软弱面(由软、硬交互所形成)岩体的摩擦失稳滑动过程的问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于模拟岩石软弱面失稳过程的双剪试验装置及方法，该装置可模拟实际地层中不同软、硬岩层形成的多个滑动面摩擦滑动问题，通过改变温度、压力、水流等条件，开展变温度-压力-水流等多场耦合条件的岩石(断层泥)摩擦滑动，深度还原实际地层中断层的失稳运动过程。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种用于模拟岩石软弱面失稳过程的双剪试验装置，包括端部带有试样腔室的试样夹持器、试样、端部带有内凹腔的内凹端头、位移传感、加载系统，所述试样包括上岩块、中岩块、下岩块，所述上岩块、下岩块对称设置在中岩块的上下两侧，所述中岩块与上岩块、下岩块之间分别填充有第一层充填泥、第二层充填泥，所述内凹端头将上岩块、下岩块固定在试验夹持器的试样腔室内，所述上岩块、下岩块之间形成可供中岩块滑动的轴压腔室，所述上岩块、下岩块与试样腔室外壁之间形成围压腔室，所述中岩块可滑入内凹腔内，所述加载系统包括轴压组件、围压组件，所述轴压组件用于为中岩块往内凹腔方向提供轴向压力，所述围压组件用于为围压腔室内提供压力。

优选的，所述围压组件包括第一压力泵，所述第一压力泵通过第一连通管与围压腔室相连。

优选的，所述轴压组件包括外凸压头、轴向传压轴、第二压力泵，所述外凸压头、轴向传压轴相抵触，且轴向滑动适配在试样腔室内，所述外凸压头的端部与中岩块端部相对应，所述轴向传压轴的后端与试样腔室之间形成轴压加压腔室，所述轴向传压轴的前端与试样腔室之间形成轴压泄压腔室，所述第二压力泵通过第二连通管分别与轴压加压腔室、轴压泄压腔室相连。

优选的，所述加载系统还包括第三压力泵、量杯，所述第三压力泵通过第三连通管与轴压腔室相连，所述出水管的两端分别连接内凹腔与量杯。

优选的，由上岩块、中岩块、下岩块组成的试样外包裹有耐压胶套。

优选的，所述试样腔室内的上下两侧设置有隔水挡板，所述上岩块和下岩块的两端分别抵接在内凹端头和隔水挡板上，所述外凸压头与中岩块相抵触的一端滑动适配在两个隔水挡板之间。