[发明专利]模拟冻融扰动下断层泥性状劣化的可视化剪切系统及方法

权利要求书

1.一种模拟冻融扰动下断层泥性状劣化的可视化剪切系统，其特征在于：包括控制装置、CT成像装置、爆破振动波加载装置、冻融箱以及变角度剪切装置，所述变角度剪切装置设置在冻融箱内，所述冻融箱设置在所述爆破振动波加载装置上，所述爆破振动波加载装置设置在CT成像装置的转台上，所述CT成像装置、所述爆破振动波加载装置、所述冻融箱以及所述变角度剪切装置均与所述控制装置电连接；

所述变角度剪切装置包括应力加载机构和剪切角度调节机构，所述应力加载机构包括加载底座、加载架体、安装在加载底座上的水平应力加载缸以及安装在加载架体顶部的垂直应力加载缸，所述加载底座中部安装有辊架，所述水平应力加载缸和所述垂直应力加载缸均与所述控制装置电连接；

所述剪切角度调节机构包括上下对称设置的上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒两侧设置有中部开设通孔的导向块，所述导向块套设在加载架体的导向柱上，所述导向柱安装在加载架体的顶部，所述下剪切盒放置于辊架上并与水平应力加载缸相对设置，所述上剪切盒的顶部与所述垂直应力加载缸相对设置；

所述上剪切盒包括上盒体、上剪切夹具、上旋转轴、上调节轴和上紧固螺母，所述上盒体的两侧开设有第一半圆形通孔，所述半圆形通孔的边缘设置有角度刻度，所述上剪切夹具与所述上旋转轴固定连接，所述上旋转轴铰接在所述上盒体的两侧，所述上剪切夹具的两侧均固定有所述上调节轴，所述上调节轴穿过所述第一半圆形通孔并螺纹连接有上紧固螺母；

所述下剪切盒包括下盒体、下剪切夹具、下旋转轴、下调节轴和下紧固螺母，所述下盒体的两侧开设有第二半圆形通孔，所述半圆形通孔的边缘设置有角度刻度，所述下剪切夹具与所述下旋转轴固定连接，所述下旋转轴铰接在所述下盒体的两侧，所述下剪切夹具的两侧均固定有所述下调节轴，所述下调节轴穿过所述第二半圆形通孔并螺纹连接有下紧固螺母；

所述上剪切夹具和所述下剪切夹具相对设置且均包括底板、第一侧板和第二侧板，两个所述第一侧板相对设置在底板上，所述第二侧板安装在底板上且两端与两个所述第一侧板相连接。

2.根据权利要求1所述的一种模拟冻融扰动下断层泥性状劣化的可视化剪切系统，其特征在于：所述爆破振动波加载装置包括振动台底座、振动台面以及若干个振动缸，所述振动缸的缸体底部与振动台底座铰接，所述振动缸的伸缩杆顶部与所述振动台面铰接，所述振动缸与所述控制装置电连接。

3.根据权利要求2所述的一种模拟冻融扰动下断层泥性状劣化的可视化剪切系统，其特征在于：所述冻融箱固定在振动台面上，所述冻融箱包括箱体、制冷机以及加热器，所述加热器连接有换热管道，所述换热管道设置在箱体内侧，所述制冷机连接有制冷管道，所述制冷管道设置在箱体内侧，所述箱体内设置有温度传感器，所述温度传感器、所述制冷机以及所述加热器均与所述控制装置电连接。

4.一种基于上述权利要求1-3任意一项所述的一种模拟冻融扰动下断层泥性状劣化的可视化剪切系统的试验方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤S1：根据地质体中出露断层的产状，制备采动断层样品，采动断层样品即母岩和断层泥的复合结构体，母岩为完整岩块，两块母岩中间断层泥夹层为现场获取的原状样品；

步骤S2：将采动断层样品放置于剪切角度调节机构内，根据断层倾角调节上剪切夹具和下剪切夹具的旋转轴并固定锁紧；

步骤S3：根据测试要求通过控制装置设置振动波、冻融循环次数、冻融温度以及冻融周期；

步骤S4：通过爆破振动波加载装置进行振动波加载，同时通过冻融箱进行冻融循环，直到达到测试要求；

步骤S5：开启CT成像装置，对采动断层样品的细观结构进行透明化表征，获取土体基质、土石界面及块石非线性运动的物理参数，建立物理量与振动频幅、冻融次数的关系；

步骤S6：对振动波和冻融加载后的采动断层样品进行力学加载试验，

首先通过垂直应力加载缸施加法向应力，达到目标值后，设定保压时间进行保压，使采动断层样品固结；

其次通过水平应力加载缸进行剪切应力施加直到采动断层样品破坏，采用应力控制或者位移控制，剪切应力施加采用逐级增加方式，每一级剪切加载后，启动CT成像装置进行360度转动扫描成像，获取不同剪切应力水平下断层泥细观破坏形态，并获取样品的剪切应力-位移曲线。