[发明专利]一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置

权利要求书

1.一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，其特征在于，包括试验架(1)、试验模型块(2)、第一加荷板(4)、第二加荷板(3)、第一液压装置(6)及第二液压装置(5)，所述试验架(1)上设置有刻度标识结构；

所述试验模型块(2)包括透明亚克力板矩形箱体和试验土，所述试验土填充在所述透明亚克力板矩形箱体中，所述透明亚克力板矩形箱体设置在所述试验架(1)中且与其紧密贴合；

所述第一加荷板(4)水平布置在所述透明亚克力板矩形箱体的底端面；

所述第二加荷板(3)垂直所述第一加荷板(4)布置且位于透明亚克力板矩形箱体的一侧端面；

所述第一液压装置(6)的液压杆驱动所述透明亚克力板矩形箱体底端面一侧的所述第一加荷板(4)向所述透明亚克力板矩形箱体施加竖直向上的载荷；

所述第二液压装置(5)的液压杆驱动所述第二加荷板(3)向所述透明亚克力板矩形箱体施加水平方向的载荷；

物理模拟试验方法如下：

S1：准备模拟试验的相似材料，确定相似比，同时准备其他相关的仪器设备；

S2：搭设好试验架(1)，在试验架(1)中的立柱(12)和挡板(13)上均设置刻度标识结构，为判断断层走向、倾向和断层倾角提供数据计算的支撑；

S3：将试验模型块(2)设置在所述试验架(1)中，且所述试验模型块(2)包括透明亚克力板矩形箱体和试验土，所述试验土填充在所述透明亚克力板矩形箱体中，所述透明亚克力板矩形箱体紧贴所述试验架(1)；

S4：将所述第一加荷板(4)水平布置在所述透明亚克力板矩形箱体的底端面，所述第二加荷板(3)垂直所述第一加荷板(4)布置且位于透明亚克力板矩形箱体的一侧端面；

S5：根据相似比计算补偿载荷，记录初始应力场下的应变数据；

S6：所述第一液压装置(6)的液压杆驱动所述透明亚克力板矩形箱体底端面一侧的所述第一加荷板(4)向所述透明亚克力板矩形箱体施加竖直向上的载荷，模拟所述试验模型块(2)受到竖直方向挤压力而发生错动的现象；或

所述第二液压装置(5)的液压杆驱动所述第二加荷板(3)向所述透明亚克力板矩形箱体施加水平方向的载荷，模拟所述试验模型块(2)受到水平方向挤压力而发生错动的现象；或

所述第一液压装置(6)的液压杆驱动所述透明亚克力板矩形箱体底端面一侧的所述第一加荷板(4)向所述透明亚克力板矩形箱体施加竖直向上的载荷，同时所述第二液压装置(5)的液压杆驱动所述第二加荷板(3)向所述透明亚克力板矩形箱体施加水平方向的载荷，模拟所述试验模型块(2)同时受到水平方向挤压力和竖直方向挤压力而发生错动的现象；

S7：结合步骤S1中所述相关的仪器设备以及步骤S2中所述立柱(12)和所述挡板(13)上设置的刻度标识结构，测量和记录所述试验模型块(2)发生错动过程中的围岩应力变化、应力分布规律、判断断层走向、倾向和断层倾角。

2.根据权利要求1所述的一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，其特征在于，所述试验架(1)包括承载底板框架(11)、多个立柱(12)和挡板(13)，多个所述立柱(12)均匀间隔固定在所述承载底板框架(11)的四周，并且位于所述透明亚克力板矩形箱体一侧端面的相邻所述立柱(12)之间固定所述第二加荷板(3)，位于所述透明亚克力板矩形箱体其余侧端面的相邻所述立柱(12)之间固定连接所述挡板(13)，所述第二加荷板(3)和所述挡板(13)均与所述承载底板框架(11)平行设置。

3.根据权利要求2所述的一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，其特征在于，所述立柱(12)和所述挡板(13)的外表面上均径向设置有刻度标识结构。

4.根据权利要求2所述的一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，其特征在于，所述承载底板框架(11)分别与所述立柱(12)焊接、与所述挡板(13)以及与所述第二加荷板(3)通过紧固件连接。

5.根据权利要求2所述的一种模拟断层错动的三维相似物理试验装置，其特征在于，所述第一加荷板(4)设置在所述承载底板框架(11)和所述透明亚克力板矩形箱体之间。