CN105021796A - 用于模拟充填型断层破碎带岩体的试验方法 - Google Patents

Abstract

一种用于模拟充填型断层破碎带岩体的试验方法，属于岩石力学试验方法。该方法至少包括以下三个模拟过程：岩体挤压破碎过程、碎屑泥浆侵入充填过程以及破碎带岩体的二次沉积过程；同时作为该方法的一部分还包括一套用于该方法的加载—充填装置。所述岩体挤压破碎过程利用碎石机将要模拟的断层破碎带处的完整岩块破碎进行模拟；所述碎屑泥浆侵入充填过程利用加载—充填装置实现，其中加载—充填装置由模具、特制垫板、压力设备以及注浆设备组成；所述破碎带岩体的二次沉积过程通过控制注浆后试样的养护条件实现。本发明思路简洁、逻辑清晰、步骤明了、操作简单，为模拟充填型断层破碎带岩体提供了一个新的思路以及一套完整的试验方法。

Description

用于模拟充填型断层破碎带岩体的试验方法

技术领域

本发明涉及岩石力学试验方法，尤其涉及一种用于模拟充填型断层破碎带岩体的试验方法。

背景技术

地壳岩层受力达到一定程度时会发生断裂破坏，断裂两侧岩层沿断裂面出现显著地错位移动，通常称之为断层构造。受断层构造运动的影响，其断裂面附近的岩体通常会伴随着一系列严重的工程地质问题，如节理裂隙发育、风化及地下水发育等问题。在这些不利因素影响下，断层面附近必然会出现一个整体强度较低、稳定性较差的软弱破碎带。现有断层地质构造研究表明，断层构造岩主要由上、下两盘岩壳相互挤压剪切作用形成，基本构成要素包括破碎岩块及岩块间胶结料。其中，破碎岩块为原岩受构造应力作用生成，胶结料为破碎岩块间的后期侵入物随年代的增加逐渐岩化成具有一定胶结强度的材料。

发明内容

发明目的：为了实现对充填型断层破碎带岩体进行模拟，本发明提供一种思路简洁、逻辑清晰、步骤明了、操作简单的用于模拟充填型断层破碎带岩体的试验方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：用于模拟充填型断层破碎带岩体的试验方法至少包括以下三个模拟过程：岩体挤压破碎过程、碎屑泥浆侵入充填过程以及破碎带岩体的二次沉积过程；

所述的岩体挤压破碎过程用于模拟断层形成过程中，完整岩体在地质构造作用下受到荷载发生自然破坏并形成断层破碎带的过程；取用要模拟的断层破碎带处的完整岩块，用碎石机将完整岩块进行破碎，根据要模拟的断层破碎带处岩石的破碎程度挑选岩石块体；

所述的碎屑泥浆侵入充填过程用于模拟断层破碎岩体在地质荷载下受到碎屑泥浆的压力充填；将完整试块破碎后形成的破碎块体放入模具中，利用压力机对模具中的破碎块体加载至某恒定值，向模具中注入配制好的胶结浆液；使用的胶结材料种类有多种选择，根据要模拟的断层破碎带的充填物的特性确定，压力机的施加的荷载值根据要模拟的断层破碎带处的地应力值确定；

所述的破碎带岩体的二次沉积过程用于模拟断层破碎带受泥浆压力侵入后再次固结的过程；在胶结浆液注入结束后保持压力机荷载不变直至浆液凝固，试样成型，接着进行试样养护，养护条件及时间因素根据要模拟的断层破碎带的固结情况确定。

进一步的，在模拟岩体挤压破碎过程中，选用的试块必须是要模拟的断层破碎带处完整的未受切割的岩块，根据要模拟的断层破碎带处岩石的破碎程度挑选破碎的岩石块体。

进一步的，碎屑泥浆侵入充填过程，对模具中的破碎块体进行加载及注胶结浆液的过程中需要利用一套加载、充填装置，该装置由模具、垫板、压力设备以及注浆设备组成；加载、充填装置中的垫板是一块带有预制中空注浆孔并与模具相匹配的钢板，并且垫板一侧可以外接注浆设备，加载、充填装置可实现同时进行加载和注胶结浆液。

进一步的，使用的胶结浆液并不是唯一的，浆液的种类需要根据要模拟的充填型断层破碎带岩体的实际充填物的性质确定。

进一步的，注浆完毕后，试样的养护条件和养护时间也是不唯一的，同样要根据要模拟的充填型断层破碎带岩体实际的固结情况来确定。

具体试验步骤如下：

1)确定要模拟的充填型断层破碎带岩体，从破碎带岩体周围取完整的岩石块体；用碎石机将完整岩块进行破碎，获得现场岩块在荷载作用下自然破碎后的破碎块体，根据要模拟的断层破碎带处岩石的破碎程度挑选岩块块体；

2)将获得的现场试样在荷载作用下发生自然破碎的岩石块体放入模具中，直至将模具堆满；利用加载—充填装置进行注浆，用压力机和特制垫板对堆满破碎岩块的模具进行加载，根据要模拟的断层破碎带处的地应力大小确定压力机的荷载值，同时根据要模拟的充填型断层破碎带处充填物的性质确定需要的胶结浆液；荷载稳定后利用注浆设备通过特制垫板向模具内注入配制好的胶结浆液，直至浆液充满破碎岩块的间隙；

3)胶结浆液注入结束后，保持压力机荷载不变直至胶结浆液发生固结，模型成型；根据要模拟的充填型断层破碎带处泥浆压力充填后的固结情况确定模型的养护条件及养护时间。

有益效果：由于采用了上述方案，本发明率先提出了一套完整的用于模拟充填型断层破碎带岩体的方法，为试验模拟充填型断层破碎带岩体提供了一个新的思路。同时，在方法提出的过程中还设计了一种加载—充填装置，从而实现了加载与充填注浆协同进行，更加真实地还原了充填型断层破碎带岩体的形成过程，从而提高了模拟岩体与真实岩体的相似度，也说明了本方法的合理性与逻辑性。

附图说明

图1为本发明的加载、充填装置示意图。

图2为本发明加载、充填装置的垫板示意图。

具体实施方式

用于模拟充填型断层破碎带岩体的试验方法至少包括以下三个模拟过程：岩体挤压破碎过程、碎屑泥浆侵入充填过程以及破碎带岩体的二次沉积过程；

所述的岩体挤压破碎过程用于模拟断层形成过程中，完整岩体在地质构造作用下受到荷载发生自然破坏并形成断层破碎带的过程；取用要模拟的断层破碎带处的完整岩块，用碎石机将完整岩块进行破碎，根据要模拟的断层破碎带处岩石的破碎程度挑选岩石块体；

所述的碎屑泥浆侵入充填过程用于模拟断层破碎岩体在地质荷载下受到碎屑泥浆的压力充填；将完整试块破碎后形成的破碎岩块块体放入模具中，利用压力机对模具中的破碎岩块块体加载至某恒定值，向模具中注入配制好的胶结浆液；使用的胶结材料种类有多种选择，根据要模拟的断层破碎带的充填物的特性确定，压力机的施加的荷载值根据要模拟的断层破碎带处的地应力值确定；

所述的破碎带岩体的二次沉积过程用于模拟断层破碎带受泥浆压力侵入后再次固结的过程；在胶结浆液注入结束后保持压力机荷载不变直至浆液凝固，试样成型，接着进行试样养护，养护条件及时间因素根据要模拟的断层破碎带的固结情况确定。

进一步的，在模拟岩体挤压破碎过程中，选用的试块必须是要模拟的断层破碎带处完整的未受切割的岩块，根据要模拟的断层破碎带处岩石的破碎程度挑选破碎的岩石块体。

进一步的，碎屑泥浆侵入充填过程，对模具中的破碎块体进行加载及注胶结浆液的过程中需要利用一套加载、充填装置，该装置由模具、垫板、压力设备以及注浆设备组成；加载、充填装置中的垫板是一块带有预制中空注浆孔并与模具相匹配的钢板，并且垫板一侧可以外接注浆设备，加载、充填装置可实现同时进行加载和注胶结浆液。

进一步的，使用的胶结浆液并不是唯一的，浆液的种类需要根据要模拟的充填型断层破碎带岩体的实际充填物的性质确定。

进一步的，注浆完毕后，试样的养护条件和养护时间也是不唯一的，同样要根据要模拟的充填型断层破碎带岩体实际的固结情况来确定。

具体试验步骤如下：

1)确定要模拟的充填型断层破碎带岩体，从破碎带岩体周围取完整的岩石块体；用碎石机将完整岩块进行破碎，获得现场岩块在荷载作用下自然破碎后的破碎岩石块体，根据要模拟的断层破碎带处岩石的破碎程度挑选岩块；

2)将获得的现场试样在荷载作用下发生自然破碎的岩石块体放入模具中，直至将模具堆满；利用加载—充填装置进行注浆，用压力机和特制垫板对堆满破碎岩块的模具进行加载，根据要模拟的断层破碎带处的地应力大小确定压力机的荷载值，同时根据要模拟的充填型断层破碎带处充填物的性质确定需要的胶结浆液；荷载稳定后利用注浆设备通过特制垫板向模具内注入配制好的胶结浆液，直至浆液充满破碎岩块的间隙；

3)胶结浆液注入结束后，保持压力机荷载不变直至胶结浆液发生固结，模型成型；根据要模拟的充填型断层破碎带处泥浆压力充填后的固结情况确定模型的养护条件及养护时间。

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

用于模拟充填型断层破碎带岩体的试验方法至少包括以下三个模拟过程：岩体挤压破碎过程、碎屑泥浆侵入充填过程以及破碎带岩体的二次沉积过程。确定要模拟的充填型断层破碎带岩体，从破碎带岩体周围取完整的岩石块体。用碎石机将完整岩块进行破碎，获得现场试样在荷载作用下自然破碎后的破碎块体，根据要模拟的断层破碎带处岩石的破碎程度挑选一定尺寸的岩块。将获得的现场试样在荷载作用下发生自然破碎的块体放入模具中，直至将模具堆满。利用加载—充填装置进行注浆，用压力机和特制垫板对堆满破碎岩块的模具进行加载，根据要模拟的断层破碎带处的地应力大小确定压力机的荷载值，同时根据要模拟的充填型断层破碎带处充填物的性质确定需要的胶结浆液。荷载稳定后利用注浆设备通过特制垫板向模具内注入配制好的胶结浆液，直至浆液充满破碎岩块的间隙。胶结浆液注入结束后，保持压力机荷载不变直至胶结浆液发生固结，模型成型。根据要模拟的充填型断层破碎带处泥浆压力充填后的固结情况确定模型的养护条件及养护时间。

所述加载—充填装置如图1所示，加载—注浆装置由模具(1)、垫板(2)、注浆设备及加载设备组成。首先将得到的现场试样在荷载作用下发生自然破碎的块体放入模具中，直至将模具堆满；在模具顶面盖上特制垫板，加载设备通过特制垫板向模具内的岩石块体施加荷载，直至达到预定荷载值并保持稳定；通过注浆管(3)及外接的注浆设备将调制好的胶结浆液注入模具中，直至注满模具为止。

所述特制垫板如图2所示，垫板为一钢板，内部有预制的中孔注浆孔(如图虚线所示)，并在一侧可以外接注浆管及注浆设备。使用时垫板放在模具与加载设备之间，加载设备通过特制垫板向模具内部施加荷载，并在荷载达到稳定值后通过注浆设备和注浆管向模具内注入胶结浆液。

用于模拟充填型断层破碎带岩体的试验方法，包括以下试验步骤：

1)确定要模拟的充填型断层破碎带岩体，从破碎带岩体周围取完整的岩石块体。用碎石机将完整岩块进行破碎，获得现场试样在荷载作用下自然破碎后的破碎岩石块体，根据要模拟的断层破碎带处岩石的破碎程度挑选岩石块体。

2)将获得的现场试样在荷载作用下发生自然破碎的岩石块体放入模具中，直至将模具堆满。利用加载—充填装置进行注浆，用压力机和特制垫板对堆满破碎岩块的模具进行加载，根据要模拟的断层破碎带处的地应力大小确定压力机的荷载值，同时根据要模拟的充填型断层破碎带处充填物的性质确定需要的胶结浆液。荷载稳定后利用注浆设备通过特制垫板向模具内注入配制好的胶结浆液，直至浆液充满破碎岩块的间隙。

3)胶结浆液注入结束后，保持压力机荷载不变直至胶结浆液发生固结，模型成型。根据要模拟的充填型断层破碎带处泥浆压力充填后的固结情况确定模型的养护条件及养护时间。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.用于模拟充填型断层破碎带岩体的试验方法，其特征在于：试验方法至少包括三个模拟过程，即岩体挤压破碎过程、碎屑泥浆侵入充填过程以及破碎带岩体的二次沉积过程；

所述岩体挤压破碎过程用于模拟断层形成过程中，完整岩体在地质构造作用下受到荷载发生自然破坏并形成断层破碎带的过程；取用要模拟的断层破碎带处的完整岩块，用碎石机将完整岩块进行破碎，根据要模拟的断层破碎带处岩石的破碎程度挑选岩石块体；

所述的碎屑泥浆侵入充填过程用于模拟断层破碎岩体在地质荷载下受到碎屑泥浆的压力充填；将完整试块破碎后形成的破碎块体放入模具中，利用压力机对模具中的破碎块体加载至某恒定值，向模具中注入配制好的胶结浆液；使用的胶结材料种类有多种选择，根据要模拟的断层破碎带的充填物的特性确定，压力机的施加的荷载值根据要模拟的断层破碎带处的地应力值确定；

所述的破碎带岩体的二次沉积过程用于模拟断层破碎带受泥浆压力侵入后再次固结的过程；在胶结浆液注入结束后保持压力机荷载不变直至浆液凝固，试样成型，接着进行试样养护，养护条件及时间因素根据要模拟的断层破碎带的固结情况确定。

2.根据权利要求1所述的用于模拟充填型断层破碎带岩体的试验方法，其特征是：在模拟岩体挤压破碎过程中，选用的试块必须是要模拟的断层破碎带处完整的未受切割的岩块，根据要模拟的断层破碎带处岩石的破碎程度挑选破碎的岩石块体。

3.根据权利要求1所述的用于模拟充填型断层破碎带岩体的试验方法，其特征是：碎屑泥浆侵入充填过程，对模具中的破碎块体进行加载及注胶结浆液的过程中需要利用一套加载、充填装置，该装置由模具、垫板、压力设备以及注浆设备组成；加载、充填装置中的垫板是一块带有预制中空注浆孔并与模具相匹配的钢板，并且垫板一侧可以外接注浆设备，加载、充填装置可实现同时进行加载和注胶结浆液。

4.根据权利要求1所述的用于模拟充填型断层破碎带岩体的试验方法，其特征是：使用的胶结浆液并不是唯一的，浆液的种类需要根据要模拟的充填型断层破碎带岩体的实际充填物的性质确定。

5.根据权利要求1所述的用于模拟充填型断层破碎带岩体的试验方法，其特征是：注浆完毕后，试样的养护条件和养护时间不是唯一的，同样要根据要模拟的充填型断层破碎带岩体实际的固结情况来确定。

6.根据权利要求1所述的用于模拟充填型断层破碎带岩体的试验方法，其特征是：具体试验步骤如下：

1）确定要模拟的充填型断层破碎带岩体，从破碎带岩体周围取完整的岩石块体；用碎石机将完整岩块进行破碎，获得现场岩块在荷载作用下自然破碎后的岩石块体，根据要模拟的断层破碎带处岩石的破碎程度挑选岩石块体；

2）将获得的现场试样在荷载作用下发生自然破碎的岩石块体放入模具中，直至将模具堆满；利用加载—充填装置进行注浆，用压力机和特制垫板对堆满破碎岩块的模具进行加载，根据要模拟的断层破碎带处的地应力大小确定压力机的荷载值，同时根据要模拟的充填型断层破碎带处充填物的性质确定需要的胶结浆液；荷载稳定后利用注浆设备通过特制垫板向模具内注入配制好的胶结浆液，直至浆液充满破碎岩块的间隙；

3）胶结浆液注入结束后，保持压力机荷载不变直至胶结浆液发生固结，模型成型；根据要模拟的充填型断层破碎带处泥浆压力充填后的固结情况确定模型的养护条件及养护时间。