[实用新型]一种裂缝张开度变角强化测试实验装置

说明书

本实用新型公开了一种裂缝张开度变角强化测试实验装置，包括试样模具、相似材料和气囊，试样模具为上端开口的空心四方盒，气囊放置在试样模具内，相似材料浇筑在试样模具内将气囊固定，气囊呈扁圆球状，气囊的上端设置有用于给气囊充气放气的承压软管，气囊的外壁上还设置有四个承载孔，四个承载孔两两相对应、且位于气囊形心的四个侧面上，每个承载孔上均固定有细线，试样模具上设置有四个约束孔，其中两个约束孔位于试样模具的底部，剩余两个约束孔分别位于试样模具的外壁上，细线贯穿约束孔用于控制气囊；本实用新型结构简单，试验装置可重复性强、耗费时间短、经济成本低、环保性能好。

技术领域

本实用新型涉及工程岩体内部裂缝张技术领域，特别是一种裂缝张开度变角强化测试实验装置。

背景技术

工程岩体中存在天然裂缝、再生裂缝，掌握裂缝的力学行为对指导工程应用具有显著的引领作用，地质工程中的边坡工程、采矿工程、隧道工程、地下空间等围岩的稳定性不仅仅受围岩材料本身性质的影响，同样受岩体内裂缝的影响，需要减少裂缝的产生及扩展，提高此类工程岩体的稳定性；另外一些地质工程包括地热能开采、页岩气开采、煤层气开采、石油开采等，存在大量的裂缝导通流体，需要新裂缝的产生、扩展和贯通；裂缝的张闭效应影响裂缝的扩展和贯通作用，所以掌握裂缝的张闭行为具有重要的工程意义。

裂缝的张开或者闭合受多因素的影响，最直接的是作用到裂缝两侧岩体的法向应力，法向应力的正负和大小决定了裂缝的张闭和程度，目前获取裂缝张开度的方法有数值模拟、力学模型等，对于裂缝的张闭行为有了较明确的认知，但简化后的力学模型和数值模型获得的规律很难用于指导工程应用，往往存在很大的误差，对于此工程技术人员亟需解决裂缝的张闭行为特征。

发明内容

为了克服上述不足，本实用新型的目的是要提供一种经济成本低、劳动强度小、操作简单的裂缝张开度变角强化测试实验装置。

为达到上述目的，本实用新型是按照以下技术方案实施的：

一种裂缝张开度变角强化测试实验装置，包括试样模具、相似材料和气囊，相似材料用于模拟岩体材料的力学行为，相似材料由河沙、碳酸钙、石膏、云母粉、水泥、水等材料组成；气囊用于模拟裂缝的力学行为，试样模具用于塑造试样的几何形状，搭建试样裂缝的结构；所述试样模具为上端开口的空心四方盒，所述气囊放置在试样模具内，所述相似材料浇筑在试样模具内将气囊固定，所述气囊呈扁圆球状，所述气囊的上端设置有用于给气囊充气放气的承压软管，所述气囊的外壁上还设置有四个承载孔，四个承载孔两两相对应、且位于气囊形心的四个侧面上，每个承载孔上均固定有细线，细线用于定位气囊的倾角，所述试样模具上设置有四个约束孔，其中两个约束孔位于试样模具的底部，剩余两个约束孔分别位于试样模具的外壁上，所述细线贯穿约束孔用于控制气囊；以模具为支架，细线为传力介质，将充满空气的气囊悬空于试样模具中心位置，调节各细线的长度，使气囊与试样模具竖向中心保持一定夹角；依据试验的试样，获得相似材料的配比方案，将配好的相似材料浇筑到试样模具当中，并用压实工具压实；

进一步的，所述承压软管的顶部设置有充放气阀门，用于给气囊充气放气，并可与测压表连接，读取实时压力变化，反映裂缝的张闭效应；

进一步的，所述承压软管一端与气囊连通、另一端伸出试样模具外部；

进一步的，充气后的气囊前后壁间距为2mm，所述气囊的几何尺寸为ϕ100×2mm；

进一步的，所述承载孔的的孔径为1mm；

进一步的，所述细线的直径小于0.1mm，减少其对试样力学性能的影响，细线应有足够的强度支撑悬空气囊，待相似材料固结后，细线与试样模具融为一体。

与现有技术相比，本实用新型的裂缝张开度变角强化测试实验装置具备以下有益效果：

（1）本实用新型的试验装置可重复性强、耗费时间短、经济成本低、环保性能好、操作简单。