一种模拟断层滑移的实验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模拟断层滑移的实验方法，属于矿山技术领域。
【背景技术】
[0002]煤矿生产过程中，动力灾害严重威胁着工作人员的生命安全和矿井的财产安全。在煤矿上的动力灾害中，尤其是在煤矿各种采动中，由于断层处力学结构较弱，易发生滑移错动，释放大量的能量，很诱发冲击地压，造成严重危害；遇断层的时候瓦斯危害更是尤为突出，由于断层活化引起的煤与瓦斯突出占据了很大一部分，因为在煤层的回采过程中，会引起前方断层的活化，使断层两边或邻近的煤岩体的透气性瞬间发生变化，使瓦斯压力聚变，以引起各种灾害。因此，探宄断层滑移的过程显得尤为重要，如监测断层面的物理力学参数变化情况，滑移过程的声发射情况和电磁辐射等等。传统的相似模拟方法需要建立整个结构模型，人力、物力耗费大，且模型不可重复利用；最近发展的数值模拟方法简单易行，模型可以重复利用，但是由于建立的模型太过理想化，导致误差较大，而且断层面的咬合情况很难用数值模型体现出来，用来模拟断层面滑移的效果较差。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种模拟断层滑移的实验方法，操作简单，使用方便，能模拟断层滑移情况，提高数据检测准确度。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种模拟断层滑移的实验方法，具体步骤为:
[0005]1、岩石试样的加工:在岩石试样中选择三个，分别将这三个岩石试样标记为岩块A、岩块B和岩块C，其中将岩块A和岩块C加工成正方体，岩块B加工成长方体；
[0006]I1、在岩块A和岩块C上各设有一个声发射探头，在岩块B上设有四个声发射探头，各个声发射探头与声发射系统连接；
[0007]II1、将岩块C放置在微控岩石伺服压力试验机的压力室内，岩块B放置在岩块C上，岩块A放置在岩块B上，在上述各个岩块接触面之间用粒径大小相同的石英粉进行铺设形成石英粉层；石英粉层用来模拟断层面，使岩块组合体能直接模拟断层滑移的过程；
[0008]IV、轴向预应力施加:通过微控岩石伺服压力试验机对岩石A、岩块B和岩块C形成的岩块组合体的轴向施加预应力，达到设定之后停止施压，并保持轴向加载应力；
[0009]V、实验记录与分析:以恒定的位移速度对岩块组合体施加水平剪切力，同时控制声发射系统开始工作，通过声发射探头实时采集数据，在声发射系统内并记录数据产生的波形，然后通过内置A/D转换卡转换成数字信号存进计算机硬盘。
[001 ο] V1、对上述的步骤中石英粉层的厚度、轴向加载应力的大小和水平剪切力的加载速率进行调节后，然后重复步骤III至步骤V。
[0011]进一步，对步骤III中的石英粉层进行加湿。增加岩块间岩粉湿度会降低岩块间的摩擦系数，使岩块间很难出现粘滑现象。
[0012]进一步，在施加水平剪切力时，通过数码摄像机每隔数秒对岩块组合体进行拍照，用来辅助分析滑移情况。
[0013]进一步，所述的石英粉层的厚度为2mm。
[0014]与现有技术相比，本发明采用微控岩石伺服压力试验机、声发射监测系统和三个岩块相结合的方式，可以通过剪应力的变化情况来反应岩块是否滑移，进而模拟断层滑移情况。比传统的相似模拟更简单易操作且更准确，更经济，实用性更强；比数值模拟更精确的模拟出断层面咬合情况。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的结构示意图。
[0016]图中:1、岩块组合体，2、声发射系统，3、数码摄像机。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0018]如图1所示，一种模拟断层滑移的实验系统，由微控岩石伺服压力试验机、声发射监测系统、数码摄像机和笔记本电脑组成；数码摄像机与笔记本电脑连接，所述的微控岩石伺服压力试验机由主机、压力室和微机控制系统组成，主机为四柱式加载框架，油缸下置；压力室采用优质合金钢锻件，表面镀硬铬；控制系统采用全数字伺服控制器，该控制系统控制精度高、保护功能全、可靠性能强。因此，该系统及能够满足在竖直方向和水平方向上的独立加载，且加载应力与应力加载速度能够通过微机精确控制。
[0019]一种模拟断层滑移的实验方法，具体步骤为:
[0020]1、岩石试样的加工:在岩石试样中选择三个，分别将这三个岩石试样标记为岩块A、岩块B和岩块C，其中将岩块A和岩块C加工成正方体，岩块B加工成长方体；
[0021]I1、在岩块A和岩块C上各设有一个声发射探头，在岩块B上设有四个声发射探头，各个声发射探头与声发射系统2连接；
[0022]II1、将岩块C放置在微控岩石伺服压力试验机的压力室内，岩块B放置在岩块C上，岩块A放置在岩块B上，在上述各个岩块接触面之间用粒径大小相同的石英粉进行铺设形成石英粉层；石英粉层用来模拟断层面，使岩块组合体I能直接模拟断层滑移的过程；
[0023]IV、轴向预应力施加:通过微控岩石伺服压力试验机对岩石A、岩块B和岩块C形成的岩块组合体I的轴向施加预应力，达到设定之后停止施压，并保持轴向加载应力；
[0024]V、实验记录与分析:以恒定的位移速度对岩块组合体I施加水平剪切力，同时控制声发射系统2开始工作，通过声发射探头实时采集数据，在声发射系统2内并记录数据产生的波形，然后通过内置A/D转换卡转换成数字信号存进计算机硬盘。
[0025]V1、对上述的步骤中石英粉层的厚度、轴向加载应力的大小和水平剪切力的加载速率进行调节后，然后重复步骤III至步骤V。
[0026]进一步，对步骤III中的石英粉层进行加湿。增加岩块间岩粉湿度会降低岩块间的摩擦系数，使岩块间很难出现粘滑现象。
[0027]进一步，在施加水平剪切力时，通过数码摄像机3每隔数秒对岩块组合体I进行拍照，用来辅助分析滑移情况。
[0028]进一步，所述的石英粉层的厚度为2mm。
[0029]该系统可以通过剪应力的变化情况来反应岩块是否滑移，进而模拟断层滑移情况。断层建的滑动一般要经历稳定阶段、稳滑阶段及粘滑阶段等三个阶段，稳定阶段岩块间相对稳定，无明显的滑动现象，此时声发射各参数值极小，剪切应力缓慢增加；稳滑阶段岩块间存在较多滑动现象，这些滑动属于稳定滑动，不存在剧烈震动，因此声发射表现为事件数多，参数值较小；粘滑阶段，出现剧烈失稳现象，声发射参数有明显骤增，且声发射高值与滑移事件一一对应。在发生粘滑事件之前的一小段时间内，声发射事件密度明显降低但声发射参数值有所提高，同时剪切应力增加的速度明显降低。认为该时间段为粘滑事件的前兆性稳滑阶段。在粘滑阶段内，滑移事件的声发射能量、撞击数及幅值等参数与应力降之间存在明显的线性相关性。随着剪切应力加载速度的增加，声发射越容易出现异常值。随着轴向应力的增加，岩块间的摩擦系数降低，岩块间的滑动现象相对较稳定。此时，声发射能量、撞击数以及频率等参数相对于较低轴向应力时明显降低，声发射事件频率相对增加。增加岩块间岩粉湿度会降低岩块间的摩擦系数，岩块间很难出现粘滑现象。此时，声发射能量、撞击数以及频率等参数值降低，但声发射事件出现的频率明显增加。
【主权项】
1.一种模拟断层滑移的实验方法，其特征在于，具体步骤为: 1.岩石试样的加工:在岩石试样中选择三个，分别将这三个岩石试样标记为岩块A、岩块B和岩块C，其中将岩块A和岩块C加工成正方体，岩块B加工成长方体； I1、在岩块A和岩块C上各设有一个声发射探头，在岩块B上设有四个声发射探头，各个声发射探头与声发射系统(2)连接； II1、将岩块C放置在微控岩石伺服压力试验机的压力室内，岩块B放置在岩块C上，岩块A放置在岩块B上，在上述各个岩块接触面之间用粒径大小相同的石英粉进行铺设形成石英粉层； IV、轴向预应力施加:通过微控岩石伺服压力试验机对岩石A、岩块B和岩块C形成的岩块组合体(I)的轴向施加预应力，达到设定之后停止施压，并保持轴向加载应力； V、实验记录与分析:以恒定的位移速度对岩块组合体(I)施加水平剪切力，同时控制声发射系统(2)开始工作，通过声发射探头实时采集数据，在声发射系统(2)内并记录数据产生的波形，然后通过内置A/D转换卡转换成数字信号存进计算机硬盘； V1、对上述的步骤中石英粉层的厚度、轴向加载应力的大小和水平剪切力的加载速率进行调节后，然后重复步骤III至步骤V。2.根据权利要求1所述的一种模拟断层滑移的实验方法，其特征在于，对步骤III中的石英粉层进行加湿。3.根据权利要求1所述的一种模拟断层滑移的实验方法，其特征在于，在施加水平剪切力时，通过数码摄像机(3)每隔数秒对岩块组合体进行拍照。4.根据权利要求1所述的一种模拟断层滑移的实验方法，其特征在于，所述的石英粉层的厚度为2mm。
【专利摘要】本发明公开了一种模拟断层滑移的实验方法，具体步骤为：Ⅰ、岩石试样的加工；Ⅱ、在岩块A和岩块C上各设有一个声发射探头，在岩块B上设有四个声发射探头；Ⅲ、将岩块C放置在微控岩石伺服压力试验机的压力室内，岩块B放置在岩块C上，岩块A放置在岩块B上，在上述各个岩块接触面之间用粒径大小相同的石英粉进行铺设形成石英粉层；Ⅳ、轴向预应力施加；Ⅴ、实验记录与分析：以恒定的位移速度对组合体施加水平剪切力，同时控制声发射系统开始工作，通过声发射探头实时采集数据，在声发射系统内并记录数据产生的波形，然后通过内置A/D转换卡转换成数字信号存进计算机硬盘。操作简单，使用方便，能模拟断层滑移情况，提高数据检测准确度。
【IPC分类】G01N3/24
【公开号】CN104949890
【申请号】CN201510276664
【发明人】陆菜平, 刘广建, 刘洋, 王洪宇, 刘鹏飞
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年5月26日