岩体真三轴现场蠕变试验系统研制与应用

针对高地应力环境岩体开挖卸荷后应力变化复杂等特点,研制RXZJ-20000型微机伺服控制岩体真三轴现场蠕变试验系统。详细介绍该系统的主要结构、功能特点及使用方法。通过工程实践验证,该系统具有高应力、大尺寸、全过程、高精度、高效率、多功能及拆卸安装方便等特点。RXZJ-20000型现场真三轴蠕变系统改变了目前现场蠕变试验设备载荷水平低、压力波动大、测试精度低、应力路径单一、自动化程度不高的状况。该系统的成功研制,为研究深部岩体在多向应力条件下的时效性提供新的手段,是目前国内外最先进的大型现场伺服试验仪器,适用于大型人工边坡、深埋大跨度隧道及地下洞室的坚硬岩体和软岩长期蠕变试验。

现场裂隙岩体水力耦合真三轴试验系统研制与应用

为突破能反映岩体特性、岩体结构、初始应力及应力路径等多因素交互影响的水岩作用机制试验研究瓶颈,研制HMTS–1200型裂隙岩体水力耦合真三轴试验系统。该试验系统由高水压密封试验舱系统、试验荷载加载与反力系统、耐高水压变形测量系统、高精度伺服控制系统等组成。该系统的先进性和创新性如下:(1)采用试样外封闭思想,构造直径为1.6m水压力密封试验舱,模拟裂隙岩体水压力环境,将岩体试样与力学试验装置整体置于试验舱内开展力学试验;(2)试样尺寸310 mm×310 mm×620 mm,试验轴向荷载12 000 kN,侧向荷载3 000kN;(3)实现高水压下岩体变形直接测量,变形传感器耐水压力3 MPa,测试分辨率0.001 mm,线性度小于0.05%。利用该系统开展玄武岩在不同荷载组合下的水力耦合试验。试验结果表明,水压力的力学效应与岩体试样的变形响应与岩体结构特征、初始应力状态和水力变化路径有关。水压力对试样的力学作用主要表现为两种形式的力学作用及其相互耦合,一种是作为附加面力施加于试样表面,压缩岩体;另一种是水渗入裂隙中产生渗透水压力,降低裂隙面的有效应力,引起裂隙剪切错动和岩样膨胀变形。该设备的成功研制可为高坝水库蓄水及运行引起的库岸岩体变形及诱发滑坡等复杂环境裂隙岩体水力耦合问题和工程应用研究提供新的试验手段。

弱胶结西域砾岩组构特征及其力学性能演化规律研究

弱胶结西域砾岩在新疆天山南北两麓分布广泛,物质组成复杂,力学性质较差。为科学认识弱胶结西域砾岩力学特性的演化规律,采用室内测试与现场大尺寸真三轴试验方法对西域砾岩的颗粒组构特征与宏观力学特性进行系统研究。研究结果表明:(1)弱胶结西域砾岩物质组成中碎石、粗砾、中砾3个粒组占比较高,且颗粒级配不良,碎石、砾粒等巨粒、粗粒间接触关系为颗粒悬浮和颗粒支撑结构,颗粒间胶结型式主要为孔隙式胶结;(2)受颗粒排列特征影响,弱胶结西域砾岩表现出明显的各向异性变形特征,其中铅直方向变形模量最大,颗粒长轴方向(近垂直于天山走向)变形模量最小,中轴方向(近平行于天山走向)变形模量居中,但是随着应力水平提高,弱胶结西域砾岩逐渐趋向于各向同性;(3)在三轴应力状态下弱胶结西域砾岩在屈服阶段表现出应变硬化特征,当达到峰值后表现出典型的塑性流动特征;(4)弱胶结西域砾岩的抗剪强度具有明显的非线性特征、加卸载应力路径效应以及中间主应力效应,其中应力水平越高,抗剪强度参数内摩擦角越小,黏聚力越大;卸载条件下西域砾岩的内摩擦角高于加载条件下的内摩擦角,而卸载条件下的黏聚力则低于加载条件下的黏聚力;真三轴加载条件下,其峰值强度随着中间主应力的增加而有所提高,并且中间主应力对抗剪强度参数黏聚力的影响更加明显;(5)弱胶结西域砾岩在三轴应力状态下的破坏以压剪破坏为主,破坏后形成陡倾的主破裂带,主破裂带之间有拉裂纹连接贯通。试验结果为系统了解弱胶结西域砾岩的宏观力学特性及其演化规律提供了重要依据。