详情

原文传递超重力二维岩体模型实验装置及方法

专利名称：	超重力二维岩体模型实验装置及方法
摘要：	本发明公开了一种超重力二维岩体模型实验装置及方法，该装置包括控制中枢、地面油源、离心机、岩石加载箱、图像观测装置和配重块；岩石加载箱包括反力箱架、片状岩石试样、围压油囊、刚性轴压压头和轴压油囊；本发明利用N倍超重力环境进行1/N倍的岩体缩尺模型实验，大大提高了模型实验的相似性；岩体模型为薄片状，且侧板透明，可以直接图像观测试样侧面上的形变和开裂等，相比传统贴应变片和位移传感器的单点测量方式，监测密度大大提高，成本大大降低，统筹难度也大大降低；采用一体式液压油囊提供高压，岩石试样无需进行胶套密封，方便观测；且对装置的密封性要求也大大降低。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	浙江大学
发明人：	李金龙;唐耀;徐文杰;詹良通;陈云敏;胡英涛;李珂;李俊超;郑建靖;张帅
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-14T00:00:00+0800
发布日期：	2019-04-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201910033257.X
公开号：	CN109682688A
代理机构：	杭州求是专利事务所有限公司
代理人：	刘静;邱启旺
分类号：	G01N3/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号
主权项：	1.一种超重力二维岩体模型实验装置，其特征在于，包括控制中枢、地面油源、离心机、岩石加载箱、图像观测装置和配重块；所述岩石加载箱包括反力箱架、片状岩石试样、围压油囊、刚性轴压压头和轴压油囊；所述反力箱架固定在离心机的吊篮上，包括镂空前板、透明板、中隔板、背板和顶盖；所述透明板嵌于镂空前板的内侧凹槽中；所述镂空前板、中隔板、背板依次刚性连接，所述顶盖固定在三者刚性连接后的结构顶部，提供轴压的反力；所述片状岩石试样、围压液囊、刚性轴压压头、轴压油囊置于中隔板内，五者具有相同的厚度；所述片状岩石试样前后两侧分别与透明板和背板密切接触；所述片状岩石试样左右两侧与围压油囊接触，接受来自围压油囊施加的柔性均布围压；所述片状岩石试样顶部与刚性轴压压头接触，刚性轴压压头与顶盖之间设有轴压油囊，轴压油囊产生的均布轴压通过刚性轴压压头施加在片状岩石试样顶部；所述中隔板上预留有钻孔，围压油囊通过此钻孔与外界管路相接；所述轴压油囊、围压油囊通过高压密封接头、油管、离心机内的旋转接头与地面油源相连，接受来自地面油源的压力；所述图像观测装置包括图像获取装置、照明灯条和光线反射装置，所述图像获取设备固定于离心机的转臂上，通过电缆线、离心机导电滑环与控制中枢相连；所述照明灯条固定于镂空前板的镂空孔内，通过电缆线、离心机导电滑环与控制中枢相连；所述光线反射装置固定于离心机的吊篮内，其反射表面与吊篮底面呈45度角，将实验过程中岩石变形、破坏、渗流过程的光学图像反射到图像获取装置之内，图像获取装置拍摄的数字图像数据传输给控制中枢。 2.根据权利要求1所述的一种超重力二维岩体模型实验装置，其特征在于，所述刚性轴压压头两侧与中隔板紧密接触，受中隔板限位无法左右移动，仅能上下移动。 3.根据权利要求1所述的一种超重力二维岩体模型实验装置，其特征在于，所述围压液囊中有密度与片状岩石试样相仿的高密度流体，在超重力下，可以产生明显的围压梯度，与岩石原型所受到的实际围压梯度对应。 4.根据权利要求1所述的一种超重力二维岩体模型实验装置，其特征在于，所述片状岩石试样左右两侧的围压油囊为两侧对称结构，在两侧对片状岩石试样施加相等的压力。 5.根据权利要求1所述的一种超重力二维岩体模型实验装置，其特征在于，所述轴压油囊外设有轴压压力传感器，所述围压油囊外设有围压压力传感器，通过压力传感器向控制中枢反馈压力信息。 6.根据权利要求1所述的一种超重力二维岩体模型实验装置，其特征在于，所述透明板和背板具有足够的刚度，确保片状岩石试样仅能发生二维变形。 7.根据权利要求1所述的一种超重力二维岩体模型实验装置，其特征在于，所述片状岩石试样为人工压制或者打磨的片状岩石，片状岩石试样的表面用染色剂处理，染色剂浸染到岩石试样的自然纹理及裂隙中，使得纹理更加明显，以方便图像识别和处理。 8.根据权利要求1所述的一种超重力二维岩体模型实验装置，其特征在于，所述照明灯条为条状灯带，接受控制中枢的开关指令，其发出的光线穿过透明前板，将片状岩石试样的可观测面照亮。 9.根据权利要求1所述的一种超重力二维岩体模型实验装置，其特征在于，将岩石加载箱及片状岩石试样处于N倍重力的超重力环境，模拟N倍岩石的加载破坏、渗流过程。 10.一种利用权利要求1-9任一项所述装置进行超重力二维岩体模型实验方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：制备片状岩石试样；步骤2：将反力箱架固定到离心机的吊篮上；步骤3：装入岩石试样及中隔板；装入围压油囊，并接好相关油路；步骤4：将镂空前板、中隔板、背板依次刚性连接，使透明板与片岩石试样紧密接触；步骤5：装入刚性轴压压头、轴压油囊和顶盖，并接好相关油路；步骤6：启动轴压和围压设备，对岩石试样进行预压紧，并观察油路管线有无泄漏，一切正常后，降低轴压和围压到0；步骤7：启动离心机，使离心力达到预设值N倍重力(N为缩尺倍数)；步骤8：调节轴压和围压设备的压力至设计值，实验开始，通过图像观测装置对岩石试样的应变场、位移场、裂隙扩展进行观测，并传输至控制中枢；步骤9：实验结束后，压力降为0，关闭离心机，检修装置以备下次使用。
所属类别：	发明专利