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現場裂隙巖體與結構面水力耦合試驗技術

[稿件來源]:巖土力學重點實驗室 [作者]:范雷 [發布時間]:2021-03-25


  一、技術(產品)簡介

巖體應力-結構-水力耦合特性及其相互作用機理,是影響工程巖體變形與破壞的主控因素,也是影響相關工程安全運行的關鍵問題。現場裂隙巖體與結構面水力耦合試驗技術是基于試樣外封閉思想,構造水密試驗艙,實現試樣、加載裝置與測量裝置的整體密封,并在試驗艙內完成巖體與結構面試樣加壓與變形測試的巖體水力耦合試驗方法。研發的HMTS–1200型裂隙巖體水力耦合試驗系統由高水壓密封試驗艙系統、試驗荷載加載與反力系統、耐高水壓變形測量系統、高精度伺服控制系統等組成。高水壓密封試驗艙系統由5個環形鋼構件及上下鋼蓋板組成,巖體試樣尺寸為310×310×620mm,結構面試樣尺寸為500×500×500mm,水密試驗艙的水壓力最大可達3MPa(對應于我國西部高壩建設已達300m級)。通過向水密試驗艙內部充水與巖體試樣力學加載試驗兩個獨立控制系統,實現復雜裂隙巖體水力耦合現場三軸試驗與結構面水力耦合直剪試驗,揭示水巖耦合作用下裂隙巖體有效應力效應、宏觀物理和力學特性參數的弱化、細觀結構演化以及滲透特性變化機制。現場裂隙巖體與結構面水力耦合試驗技術可為我國重大水利工程運行期岸坡巖體變形與孕災機制的基礎理論突破提供科學支撐,對我國水利樞紐重大工程地質災害預測與防治具有重要意義。


  二、技術(產品)特色

現場裂隙巖體與結構面水力耦合試驗技術創造性的提出將非涉水巖體力學試驗系統直接置于不同水壓環境開展力學試驗的巖體水力耦合模擬試驗原創思想,采用試樣外封閉模式開展裂隙巖體水力耦合試驗。HMTS–1200型裂隙巖體水力耦合試驗系統的主要技術指標與功能包括:

(1)巖體試樣尺寸:310 mm×310 mm×620 mm,結構面試樣尺寸500×500×500mm

(2)試驗系統的最大軸向荷載為12 000 kN,側向荷載為3 000 kN,具備三向獨立伺服控制同步加卸載能力,能夠在試樣不同端面長期穩定的施加不同應力邊界條件,可真實模擬裂隙巖體賦存的復雜應力環境和應力變化路徑。

(3)具備3 MPa(300 m級大壩水頭)高壓水環境模擬功能,可反映水庫蓄水過程中,裂隙巖體由固液氣三相狀態到固液兩相狀態直到受到一定水壓的復雜水力環境變化過程。

(4)具備多接口、多功能的量測系統,可及時量測試驗條件下裂隙巖體試樣的變形、應力、水壓力等各類力學狀態參數,并預留可跟蹤裂紋破裂過程的聲發射監測擴展功能,為裂隙巖體水力耦合作用機制研究提供科學試驗裝備。

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  三、推廣應用情況

目前,該技術已在溪洛渡拱壩長期安全特性研究中進行了成功應用。

典型案例:溪洛渡玄武巖真三軸本構試驗研究。利用該系統開展了玄武巖單軸受壓狀態下水力耦合變形試驗、三軸受壓狀態下水力耦合變形試驗與三軸水力耦合壓縮破壞試驗以及層間錯動帶的水力耦合直剪變形試驗與水力耦合直剪破壞試驗,獲得了不同水力耦合作用模式下玄武巖與結構面力學參數的變化規律,并揭示了水壓力對試樣的力學作用主要表現為兩種形式的力學作用及其相互耦合,一種是作為附加面力施加于試樣表面,壓縮巖體;另一種是水滲入裂隙中產生滲透水壓力,降低裂隙面的有效應力,引起裂隙剪切錯動和巖樣膨脹變形。

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  四、聯系人及聯系方式

范雷? 18602716211? fanchon1982@126.com

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  五、技術(產品)照片及工程應用照片


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現場巖體與結構面水力耦合試驗試樣照片



責任編輯:李竹
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