[发明专利]一种可直接观测内部变形的岩体模型物理试验方法

摘要

一种可直接观测内部变形的岩体模型物理试验方法，属于岩体模型物理试验方法。该方法将硅粉、液体石蜡和正十三烷这三种工业材料按质量比1:0.836:0.702搅拌混合形成透明的岩体相似材料，而后，分多次将透明的岩体相似材料浇筑到岩体模型试验装置内进行抽真空处理，使相似材料内的空气排出；并在这个浇筑抽真空的过程中，在岩体模型内部的几个平面上有规律的铺洒彩色同质硅粉颗粒，形成人工制斑平面；在透明岩体模型制作完成后，采用数字照相量测技术对试验过程中模型内部的这些人工彩色颗粒进行位移追踪监测，获得模型内部各个关键部位的岩体变形演变数据。优点：实现对岩体模型内部变形的直接观测；能监测全场变形，简单灵活，使用经济、稳定性好，易于推广。

主权项

一种可直接观测内部变形的岩体模型物理试验方法，其特征是：包括以下步骤：(a)预制岩体模型试验装置，包括玻璃箱体及外围钢框架两种结构，其中，玻璃箱体由6块有机玻璃板组成，底面玻璃板需要钻上多个间排距为10mm、孔径为2mm的小孔，用于透明岩体相似材料固结时的液体排出，正面玻璃板则需要根据模型实验条件钻圆形或者其他形状的孔洞以方便后续的试验开挖；外围钢框架的目的是保证有机玻璃箱体不会在试验荷载作用下发生鼓肚变形，其由4块中空的切割钢板以及8根螺杆组成；(b)使用彩色喷漆罐分别对300目的透明硅粉颗粒进行喷漆处理，形成各种单一颜色的彩色硅粉颗粒，然后将各色硅粉颗粒按相同质量比进行混合，得到彩色的混合硅粉颗粒；(c)将300目硅粉、液体石蜡和正十三烷这三种工业材料按质量比1:0.836:0.702搅拌混合形成透明的岩体相似材料；(d)先拆除岩体模型试验装置的外围钢框架结构，并移除机玻璃箱体的正面玻璃板，将有机玻璃箱剩下的5块玻璃板固定住，形成一个没有顶盖的玻璃箱容器，然后，按背面玻璃板朝下的方式将玻璃箱容器整体放置于真空箱中，真空箱的内部空间要大于有机玻璃箱组成的外围空间；(e)往玻璃箱体中倒入配制出的透明岩体相似材料进行抽真空浇筑，每次倒入的量约为填满玻璃箱体厚度20mm‑30mm，抽真空的时间约为20min‑30min。在抽真空过程中，当模型浇筑高度达到预定人工制斑面位置时，在玻璃箱内均匀撒上一层彩色混合硅粉颗粒，或仅在一些特殊位置布置彩色散点硅粉颗粒，形成人工制斑面；接着，继续往玻璃箱内倒入透明岩体相似材料进行抽真空直至模型整体浇筑完成；(f)岩体模型浇筑完成后，盖上玻璃箱体的前面板进行模型封闭，然后将前后两块玻璃的外围钢框架用4根螺杆连接起来，将底面玻璃朝下，立正玻璃箱，再将左右两侧的外围钢框架也用剩下的4根螺杆连接起来，之后卸掉有机玻璃箱的顶板；(g)对透明岩体模型进行分级加载固结，固结压力和固结时间依试验条件而定，模拟岩石越硬，固结压力越大或固结时间越长；(h)透明岩体模型固结完成后，试验开始前，先在模型观测面，靠近背面玻璃板的一侧后方两侧各布设一台摄影灯，对模型内部人工彩色散点颗粒进行白光均匀照明，并在模型观测面正后方约0.5m处布设一台或两台高分辨率数码相机，数码相机与试验现场一台计算机连接，调整数码相机参数使采集到的模型内部散点颗粒图像清晰；(i)采用计算机控制数码相机进行图像自动采集，采集频率为5秒到10秒一张，当试验完毕后，使用二维数字照相量测软件PhotoInfor或三维数字照相量测软件Photogram_3D对所有采集图像中的彩色散点颗粒进行数字散斑追踪分析，进而获得岩体模型内部各个关键点的岩体变形。