本發(fā)明屬于巖石裂隙模擬，具體涉及一種模擬裂隙巖體裂隙發(fā)展和碎裂化過程的方法以及模擬裝置。

背景技術(shù)：

1、裂隙巖體的破壞機(jī)理和裂隙擴(kuò)展機(jī)制是巖土工程領(lǐng)域重要的研究內(nèi)容，許多巖體工程的失穩(wěn)與巖體內(nèi)的裂隙擴(kuò)展貫通有關(guān)。國內(nèi)外無數(shù)巖體工程實(shí)踐和大量試驗研究表明，巖體工程的失穩(wěn)破壞大多是在應(yīng)力環(huán)境變化作用下，原有節(jié)理面的演化、擴(kuò)展和貫通造成的。例如，法國彌帕塞大壩失穩(wěn)是由于壩基片麻巖中的微裂紋擴(kuò)展造成的，意大利瓦伊昂邊坡滑移以及中國長江三峽奉節(jié)段滑坡等事故都與其自身裂隙擴(kuò)展有關(guān)?？傊?，裂隙巖體的發(fā)展演化規(guī)律以及節(jié)理巖體的碎裂過程對巖體的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

2、共軛節(jié)理是巖體中一種常見的構(gòu)造現(xiàn)象，共軛節(jié)理指的是兩組或兩組以上近乎垂直且相互交切的節(jié)理（或裂隙）。這些節(jié)理通常具有相似的成因和特征，但它們的走向和傾向卻相互垂直或接近垂直，從而形成了獨(dú)特的“x”形或“共軛”關(guān)系。現(xiàn)在技術(shù)對巖體裂隙發(fā)展進(jìn)行模擬時，多使用的是表面平整的試樣，缺少對存在共軛節(jié)理的試樣進(jìn)行模擬的過程，降低了模擬仿真度，進(jìn)而導(dǎo)致研究結(jié)果可能出現(xiàn)誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種模擬裂隙巖體裂隙發(fā)展和碎裂化過程的方法以及模擬裝置，通過該方法能夠研究巖體的共軛裂隙在復(fù)雜地應(yīng)力情況下的發(fā)展。

2、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一方面，本申請實(shí)施例提供了一種模擬裂隙巖體裂隙發(fā)展和碎裂化過程的方法，包括：

3、s1：配置合適強(qiáng)度的水泥砂漿，將水泥砂漿置入立方體模具；

4、s2：水泥砂漿初凝后，在水泥砂漿塊的受壓面上設(shè)置裂隙組合形成試樣，水泥砂漿塊的面上設(shè)置有垂直的第一基準(zhǔn)軸和第二基準(zhǔn)軸，裂隙組合包括第一裂隙組和第二裂隙組，第一裂隙組的兩個裂隙設(shè)置于第一基準(zhǔn)軸的兩側(cè)，與第一基準(zhǔn)軸的夾角分別為和。第二裂隙組分別設(shè)置于第二基準(zhǔn)軸的兩側(cè)，與第二基準(zhǔn)軸的夾角分別為和，所有裂隙的中部相交于該面的中點(diǎn)；

5、s3：向受壓面進(jìn)行循環(huán)加載應(yīng)力；

6、s4：調(diào)整加載的應(yīng)力大小后循環(huán)加載應(yīng)力，直至試樣破碎。

7、在一些實(shí)施例中，試樣的尺寸為30*30*30?cm，裂隙的長度為26cm。

8、在一些實(shí)施例中，試樣為正方體，試樣的長度為l，裂隙的深度為h，滿足0.45≤h/l≤0.55。

9、在一些實(shí)施例中，受壓面包括三個，三個受壓面兩兩相鄰。

10、在一些實(shí)施例中，所述循環(huán)加載應(yīng)力包括：

11、s31：初始狀態(tài)，三個受壓面受到相同的應(yīng)力；

12、s32：設(shè)定應(yīng)力變量δσ，在三個受壓面中任選兩個，調(diào)整兩者的應(yīng)力狀態(tài)，調(diào)整應(yīng)力狀態(tài)是指，其中一個受壓面的應(yīng)力增加δσ，另一個受壓面的應(yīng)力減少δσ；

13、s33：將三個受壓面受到相同的應(yīng)力恢復(fù)初始狀態(tài)；

14、s34：改變選擇的兩個受壓面，調(diào)整兩者的應(yīng)力狀態(tài)，直至所有受壓面循環(huán)完畢。

15、在一些實(shí)施例中，調(diào)整加載的應(yīng)力大小是指，每次循環(huán)加載應(yīng)力完畢后，將應(yīng)力變量δσ調(diào)整為2δσ。

16、另一方面，本申請實(shí)施例還提供了一種模擬裝置，應(yīng)用于上述實(shí)施例中的方法，包括反力角和三個推動部件。反力角包括三個抵靠壁面，三個所述抵靠壁面的法向分別沿第一方向、第二方向和第三方向延伸，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向兩兩垂直。三個推動部件設(shè)置于所述反力角，用于向試樣施壓，所述推動部件包括移動端，三個所述推動部件中，其中一者的所述移動端沿所述第一方向移動，另一者的所述移動端沿所述第二方向移動，第三者的所述移動端沿所述第三方向移動。

17、在一些實(shí)施例中，所述推動部件包括第一腔體和第一活塞部。第一腔體設(shè)置于所述反力角。第一活塞部沿所述第一腔體的軸向可移動地容納于所述第一腔體，所述第一活塞部將所述第一腔體內(nèi)部分隔為兩個部分，所述移動端連接于所述第一活塞部。

18、在一些實(shí)施例中，還包括控制組件，所述控制組件包括所述控制部件，所述控制部件包括第二腔體、第二活塞部，所述第二腔體設(shè)置于所述反力角，所述第二腔體的軸向沿所述驅(qū)動軸的軸向延伸，所述第二活塞部沿所述第二腔體的軸向可移動地容納于所述第二腔體，所述第二活塞部將所述第二腔體內(nèi)部分隔為兩個部分，所述第二腔室的兩個部分一一對應(yīng)地與所述第一腔室的兩個部分聯(lián)通。

19、在一些實(shí)施例中，所述控制組件還包括驅(qū)動軸、驅(qū)動套和傳動部件。驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動連接于所述反力角，驅(qū)動套套設(shè)于所述驅(qū)動軸的周壁外，所述驅(qū)動套設(shè)置有螺旋槽，所述螺旋槽的軸向沿所述驅(qū)動軸的軸向延伸。傳動部件用于調(diào)整所述驅(qū)動軸和所述驅(qū)動套的傳動狀態(tài)，所述連接部連接于所述第二活塞部，所述連接部插設(shè)于所述螺旋槽。

20、本發(fā)明具有以下有益效果：

21、通過本方法能夠模擬裂隙巖體在復(fù)雜地應(yīng)力情況下裂隙發(fā)展和碎裂化過程，過本方法可以進(jìn)行巖體穩(wěn)定性分析、巖體變形預(yù)測，并為巖土工程中的結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化提供可靠的參數(shù)建議。

技術(shù)特征：

1.一種模擬裂隙巖體裂隙發(fā)展和碎裂化過程的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬裂隙巖體裂隙發(fā)展和碎裂化過程的方法，其特征在于，試樣（4）的尺寸為30*30*30?cm，裂隙的長度為26cm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬裂隙巖體裂隙發(fā)展和碎裂化過程的方法，其特征在于，試樣（4）為正方體，試樣（4）的長度為l，裂隙的深度為h，滿足0.45≤h/l≤0.55。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬裂隙巖體裂隙發(fā)展和碎裂化過程的方法，其特征在于，受壓面包括三個，三個受壓面兩兩相鄰。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬裂隙巖體裂隙發(fā)展和碎裂化過程的方法，其特征在于，所述循環(huán)加載應(yīng)力包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的模擬裂隙巖體裂隙發(fā)展和碎裂化過程的方法，其特征在于，所述調(diào)整加載的應(yīng)力大小是指，每次循環(huán)加載應(yīng)力完畢后，將應(yīng)力變量δσ調(diào)整為2δσ。

7.一種模擬裝置，應(yīng)用于如權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模擬裝置，其特征在于，所述推動部件（3）包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬裝置，其特征在于，還包括控制組件，所述控制組件包括所述控制部件，所述控制部件包括第二腔體（12）、第二活塞部（11），所述第二腔體（12）設(shè)置于所述反力角（1），所述第二腔體（12）的軸向沿所述驅(qū)動軸（10）的軸向延伸，所述第二活塞部（11）沿所述第二腔體（12）的軸向可移動地容納于所述第二腔體（12），所述第二活塞部（11）將所述第二腔體（12）內(nèi)部分隔為兩個部分，所述第二腔室的兩個部分一一對應(yīng)地與所述第一腔室的兩個部分聯(lián)通。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的模擬裝置，其特征在于，所述控制組件還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明具體涉及一種模擬裂隙巖體裂隙發(fā)展和碎裂化過程的方法以及模擬裝置，屬于巖石裂隙模擬技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：S1：配置合適強(qiáng)度的水泥砂漿，將水泥砂漿置入立方體模具。S2：水泥砂漿初凝后，在水泥砂漿塊的受壓面上設(shè)置裂隙組合形成試樣，水泥砂漿塊的面上設(shè)置有垂直的第一基準(zhǔn)軸和第二基準(zhǔn)軸，裂隙組合包括第一裂隙組和第二裂隙組，第一裂隙組的兩個裂隙設(shè)置于第一基準(zhǔn)軸的兩側(cè)，與第一基準(zhǔn)軸的夾角分別為和。第二裂隙組分別設(shè)置于第二基準(zhǔn)軸的兩側(cè)，與第二基準(zhǔn)軸的夾角分別為和，所有裂隙的中部相交于該面的中點(diǎn)。S3：向受壓面進(jìn)行循環(huán)加載應(yīng)力。S4：調(diào)整加載的應(yīng)力大小后循環(huán)加載應(yīng)力，直至試樣破碎。

技術(shù)研發(fā)人員：符文熹,葉飛,陳強(qiáng),韓愛果,孫寧,陳鴻杰,李躍,陸書文,彭書良,余政興,湯冠雄,魏大川
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9