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现场裂隙岩体与结构面水力耦合试验技术

[稿件来源]:岩土力学重点实验室[作者]:范雷[发布时间]:2021-03-25


  一、技术(产品)简介

岩体应力-结构-水力耦合特性及其相互作用机理,是影响工程岩体变形与破坏的主控因素,也是影响相关工程安全运行的关键问题。现场裂隙岩体与结构面水力耦合试验技术是基于试样外封闭思想,构造水密试验舱,实现试样、加载装置与测量装置的整体密封,并在试验舱内完成岩体与结构面试样加压与变形测试的岩体水力耦合试验方法。研发的HMTS–1200型裂隙岩体水力耦合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。高水压密封试验舱系统由5个环形钢构件及上下钢盖板组成,岩体试样尺寸为310×310×620mm,结构面试样尺寸为500×500×500mm,水密试验舱的水压力最大可达3MPa(对应于我国西部高坝建设已达300m级)。通过向水密试验舱内部充水与岩体试样力学加载试验两个独立控制系统,实现复杂裂隙岩体水力耦合现场三轴试验与结构面水力耦合直剪试验,揭示水岩耦合作用下裂隙岩体有效应力效应、宏观物理和力学特性参数的弱化、细观结构演化以及渗透特性变化机制。现场裂隙岩体与结构面水力耦合试验技术可为我国重大水利工程运行期岸坡岩体变形与孕灾机制的基础理论突破提供科学支撑,对我国水利枢纽重大工程地质灾害预测与防治具有重要意义。


  二、技术(产品)特色

现场裂隙岩体与结构面水力耦合试验技术创造性的提出将非涉水岩体力学试验系统直接置于不同水压环境开展力学试验的岩体水力耦合模拟试验原创思想,采用试样外封闭模式开展裂隙岩体水力耦合试验。HMTS–1200型裂隙岩体水力耦合试验系统的主要技术指标与功能包括:

(1)岩体试样尺寸:310 mm×310 mm×620 mm,结构面试样尺寸500×500×500mm

(2)试验系统的最大轴向荷载为12 000 kN,侧向荷载为3 000 kN,具备三向独立伺服控制同步加卸载能力,能够在试样不同端面长期稳定的施加不同应力边界条件,可真实模拟裂隙岩体赋存的复杂应力环境和应力变化路径。

(3)具备3 MPa(300 m级大坝水头)高压水环境模拟功能,可反映水库蓄水过程中,裂隙岩体由固液气三相状态到固液两相状态直到受到一定水压的复杂水力环境变化过程。

(4)具备多接口、多功能的量测系统,可及时量测试验条件下裂隙岩体试样的变形、应力、水压力等各类力学状态参数,并预留可跟踪裂纹破裂过程的声发射监测扩展功能,为裂隙岩体水力耦合作用机制研究提供科学试验装备。

  三、推广应用情况

目前,该技术已在溪洛渡拱坝长期安全特性研究中进行了成功应用。

典型案例:溪洛渡玄武岩真三轴本构试验研究。利用该系统开展了玄武岩单轴受压状态下水力耦合变形试验、三轴受压状态下水力耦合变形试验与三轴水力耦合压缩破坏试验以及层间错动带的水力耦合直剪变形试验与水力耦合直剪破坏试验,获得了不同水力耦合作用模式下玄武岩与结构面力学参数的变化规律,并揭示了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。

  四、联系人及联系方式

范雷 18602716211 fanchon1982@126.com

  五、技术(产品)照片及工程应用照片


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现场岩体与结构面水力耦合试验试样照片



责任编辑:李竹