[发明专利]可模拟深部断层形成及裂隙发育的多功能试验系统

说明书

本发明公开了一种可模拟深部断层形成及裂隙发育的多功能试验系统。其包括试验台、控制系统、加载系统及液压系统，试验台包括前、后板、上板、下板、左侧板及右侧板，下板与左右侧板之间、上板与左右侧板之间均为活动连接；垂向加载系统位于上板上方，水平加载系统位于左侧板侧方，当垂向加载系统运行时，上板、左侧板及右侧板可做垂直运动，当水平加载系统运行时，左侧板、上板可做水平运动；上板和下板均是由不同角度切割后再拼合的组合板，在每条切割线的中部设置有连接孔，在连接孔中设置有钢块，通过钢块实现相邻两块切割板的固定连接。本发明可实现深部高应力加载下岩体裂隙发育、演化致使断层形成活化的全过程可视化模拟。

技术领域

本发明属于煤矿深部岩体裂隙发育模拟设备领域，具体涉及一种可模拟深部断层形成及裂隙发育的多功能试验系统。

背景技术

随着我国矿井开采向深部发展，深部断层活化引起的动力灾害越来越频繁，而断层岩体的裂隙演化是断层致灾的本质原因。一般情况下，通过现场实测得到深部断层致灾的机理和规律较为困难，且指导性不强，而且不够经济，故有必要研发一套模拟深部断层形成及裂隙发育的多功能试验装置，进行深部断层致灾机理的研究。

目前现有技术中对断层活化的模拟试验大多是通过人工错层铺设来实现的，违背了断层形成的力学机制，与实际情况多有不符；且对于研究不同倾角的断层活化及裂隙演化试验而言，需反复铺设岩层进行研究，劳动强度大，再者大多数试验模拟设备较为粗糙，仅可用于模拟断层的宏观活化，而无法直观显现断层活化前、中、后期的应力、位移变化规律和断层岩体裂隙发育特征。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的技术缺陷，本发明提出了一种可模拟深部断层形成及裂隙发育的多功能试验系统，其可直观显现断层活化前、中、后期的应力、位移变化规律和断层岩体裂隙发育特征；可实现深部岩体裂隙发育、演化致使断层形成和活化的全过程可视化模拟。

其技术解决方案包括：

一种可模拟深部断层形成及裂隙发育的多功能试验系统，其包括试验台、控制系统、加载系统及液压系统，所述的加载系统用于对所述试验台进行垂向和水平加载，所述的控制系统用于对加载系统施加的加载载荷进行控制；所述的试验台为一长方体结构，其包括前、后板、上板、下板、左侧板及右侧板，所述的前、后板为可视化板，所述下板的右下方固定在试验台的固定边界处，其左下方设置有刚性弹簧，所述刚性弹簧的底部固定在试验台的固定边界处；

所述的下板与左右侧板之间、上板与左右侧板之间均为活动连接；

所述加载系统包括垂向加载系统和水平加载系统，所述垂向加载系统位于所述上板上方，所述水平加载系统位于所述左侧板侧方，当所述垂向加载系统运行时，所述的上板、左侧板及右侧板可做垂直运动，当所述的水平加载系统运行时，所述的左侧板、上板可做水平运动；

所述的上板和下板均是由不同角度切割后再拼合的组合板，在每条切割线的中部设置有矩形的连接孔，在所述连接孔中设置有矩形钢块，通过所述矩形钢块实现相邻两块切割板的固定连接。

作为本发明的一个优选方案，在所述上板、左侧板上均设置有滑槽，所述的垂向加载系统的压头、水平加载系统的压头均嵌入所述滑槽内部。

作为本发明的另一个优选方案，所述的垂向加载系统的油缸、所述的水平加载系统的油缸均固定在试验台的固定边界处，所述的右侧板通过螺纹压头固定在试验台的固定边界处。

进一步的，当模拟预应力试验时，首先通过垂向加载系统施加载荷，待竖直方向达到预定值后，调整右侧板的顶端与所述上板的底面相切时，再开启水平加载系统施加载荷。

进一步的，当进行加载试验时，通过拔出上板或下板上任意一个连接孔中的矩形钢块来模拟不同倾角正断层的形成过程。

进一步的，所述的试验台内部还设置有应力传感器、声发射监测仪。