[发明专利]一种断层构造应力的监测装置和方法

权利要求书

1.一种断层构造应力的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，安装应力传感器：将应力传感器(1)通过连接线固定在断层监测相似模拟试验平台的第一固定端(2)和第二固定端(3)之间；

步骤2，预制断层：在断层监测相似模拟试验平台上铺设相似模拟材料，按照预制断层面的位置分左右两部分铺设，形成断层(4)，并使所述断层(4)与所述应力传感器(1)相互垂直，待相似模型铺设完毕后，将应力传感器(1)调零；

步骤3，施加载荷并监测应力：通过断层监测相似模拟试验平台的载荷施加装置向步骤2中制备的带有断层的相似模型进行分级逐步施加水平载荷和垂直载荷，应力传感器(1)监测得到不同的载荷下的断层(4)处的正应力和剪应力，并将其传送至应力监测仪中；

步骤4，监测断层失稳临界应力：随着步骤3中施加的水平载荷和垂直载荷的逐渐增大，相似模型的变形也随之不断增大，直至预制断层发生滑动失稳，应力传感器(1)监测得到滑动失稳时断层(4)处的正应力和剪应力，并将其传送至应力监测仪中；

步骤5，理论值与实验值对比分析：根据静力学原理，构建断层力学理论模型，推导断层面上正应力σ和剪应力τ与水平载荷q_x和垂直载荷q_y之间的函数关系，并将由该函数关系确定的应力曲线绘制到计算机中；

步骤6，分析断层失稳前兆信息：使用应力监测仪将步骤3和步骤4中得到实验数据与步骤5中构建的断层力学理论模型进行对比分析，确定断层失稳时的临界应力值，为预测断层滑动失稳提供前兆信息。

2.根据权利要求1所述的断层构造应力的监测方法，其特征在于：步骤2中，所述相似模拟材料采取逐层铺设的方法，先逐层铺设断层(4)一侧的相似模拟材料，之后在断层面出均匀的铺洒一层云母粉，然后再逐层铺设断层(4)另一侧的相似模拟材料。

3.根据权利要求2所述的断层构造应力的监测方法，其特征在于：所述断层(4)处的云母粉的铺设厚度为10～50μm。

4.根据权利要求1所述的断层构造应力的监测方法，其特征在于：步骤2中，所述相似模拟材料为由沙土、石灰、石膏和水混合而成的复合材料。

5.根据权利要求1所述的断层构造应力的监测方法，其特征在于：步骤5中，将函数关系确定的应力曲线绘制到计算机中，得到正应力σ与水平载荷q_x和垂直载荷q_y之间的函数关系曲线以及剪应力τ与水平载荷q_x和垂直载荷q_y之间的函数关系曲线，应力监测仪将应力传感器(1)收集的实验数据与理论数据进行实时对比。

6.一种断层应力监测装置，其特征在于：包括断层监测相似模拟试验平台和断层应力传感器(1)，所述断层监测相似模拟试验平台的两侧分别设置有第一固定端(2)和第二固定端(3)，所述断层应力传感器(1)的两侧分别通过连接线与第一固定端(2)和第二固定端(3)相连接，所述断层监测相似模拟试验平台包括载荷施加装置和应力监测仪，所述应力监测仪与应力传感器(1)电连接；所述第一固定端(2)的高度低于所述第二固定端(3)的高度，所述第一固定端(2)和第二固定端(3)之间的连线与垂直面的夹角度数等于所述预制断层面与水平面之间的夹角度数。

7.根据权利要求6所述的断层应力监测装置，其特征在于：所述断层监测相似模拟试验平台包括平台底座、第一侧板、第二侧板、上顶板、至少一块前挡板和至少一块后挡板，所述第一侧板固定连接在平台底座的一侧，所述第一侧板上设有多个均匀分布水平通孔；第二侧板滑动连接在平台底座上与第一侧板相对的一侧，所述第二侧板上设有多个均匀分布的水平通孔，上顶板套设在第一侧板和第二侧板的上端，所述上顶板与第一侧板可拆卸的滑动连接，所述上顶板与第二侧板可拆卸的滑动连接，所述前挡板与第一侧板和第二侧板可拆卸的连接，所述后挡板与第一侧板和第二侧板可拆卸的连接。

8.根据权利要求7所述的断层应力监测装置，其特征在于：所述载荷施加装置包括第一水平压头、第二水平压头和竖直压头，所述第一水平压头贯穿套接在所述水平通孔内，所述第二水平压头贯穿套接在所述水平通孔内，所述竖直压头与上顶板可拆卸的滑动连接。