[实用新型]一种模拟正逆断层形成的试验装置

说明书

本实用新型公开了一种模拟正逆断层形成的试验装置，涉及煤矿地质技术领域，包含有试验台架（1）、上部垂直加载装置（2）、左侧加载装置（3）、右侧加载装置（4）、液压油囊（5）、承压钢板（6）、钢块（7）和角度调节装置（8）。本实用新型设计了由液压伺服系统控制的上部垂直加载装置、左右两侧的加载装置，实现不同的水平力加载，模拟不同深度的水平应力，U型推板实际对模拟相似地层材料起到水平方向上的密封作用，可独立或者整体施加载荷，尤其是可以模拟地质构造复杂的区域水平应力，实现水平方向分级加载，更接近于真实效果，在一种设备中实现了模拟正断层、逆断层两种断层的形成过程。

技术领域

本实用新型涉及煤矿地质技术领域，具体的说是一种模拟正逆断层形成的试验装置。

背景技术

断层切割地层而破坏其连续性及完整性，形成断层带破碎区，使周围岩体应力、位移及破坏形态产生较大差异。在断层尤其是较大断层附近进行施工时，工程扰动和断层的叠加作用可能引起断层附近岩体响应特征远远不同于完整岩体，进而诱发工程灾害，如采矿工程中的矿震、突水、顶板冒落、冲击地压、煤与瓦斯突出等。我国煤炭开采以井工为主，大多在地下施工，不可避免的穿越各种断层。断层较大时对采矿工程影响较大，煤矿经济效益好时采矿工程中常常避开这些断层，因此较大断层附近滞留了大量的煤炭资源。在当前国家压缩产能、煤炭行业大调整的背景下，煤炭企业迫切需要回采这些煤质优良的断层资源，尤其是华东老矿区不得不依靠回收断层附近煤炭资源维持矿区社会稳定。而近断层煤炭资源开采面临着多种重大灾害风险，如突水、顶板冒落、冲击地压、煤与瓦斯突出等。这些灾害发生的根本原因在于采矿活动破坏了断层附近岩层的平衡状态，而认识断层与采矿工程相互作用下区域岩体的应力、变形、破坏演化规律是防治相关灾害的基础。

通过数值模拟构建的断层错动计算模型与真实的断层错动往往会有较大偏差，模型试验能够更加真实可靠的再现断层错动作用下的上覆土体破裂、扩展过程。因此，研究出能够在实验室模拟断层形成过程的试验装置，对于断层对采动应力传导作用机制、采动应力与断层相互作用下致灾机理以及近断层煤炭安全开采与灾害防治等方面的研究具有重大意义。现阶段，断层错动模型试验广泛开展，但试验装置在技术和操作上仍存在着不足：

（1）同一设备只能模拟正断层或逆断层的其中一种断层的形成；

（2）断层错动模拟试验大多数在常重力环境下进行，不能够准确地模拟不同深度处的断层错动活动；

（3）不能模拟不同深度地层所受到的水平应力

（4）试验装置在操作过程中，断层只能沿单一角度进行错动，无法实现多角度的断层错动的模拟；

（5）未考虑断层产生应力变化及形成后内部应力情况。

发明内容

为解决上述存在的技术问题，本实用新型提供了一种模拟正逆断层形成的试验装置，在一个试验装置内能够实现正断层、逆断层形成的模拟试验，结构简单，操作方便，模拟效果真实准确。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：

一种模拟正逆断层形成的试验装置，包含有试验台架、上部垂直加载装置、左侧加载装置、右侧加载装置、液压油囊、承压钢板、钢块和角度调节装置，所述试验台架由横梁、竖向柱和基座组成，所述竖向柱固定于基座的四角，每两根竖向柱之间固定有横梁并高度可调，形成高度可调的长方体结构支架，所述上部垂直加载装置固定设置于横梁下方，所述左侧加载装置和右侧加载装置分别固定设置于试验台架的左侧和右侧，所述试验台架的前后两个侧面分别固定设置透明观测板，所述左侧加载装置和右侧加载装置液压缸活塞杆末端分别连接U型推板，所述液压油囊、角度调节装置和钢块顺次紧邻设置于基座上，所述角度调节装置的倾斜角度可调，所述承压钢板设置于液压油囊上部，在左右两侧的U型推板及试验台架前后两侧的透明观测板形成的空间内填装模拟相似地层材料，模拟逆断层形成试验时，在模拟相似地层材料填装前安装用于起裂和错动的诱发装置。