武汉岩土所硬岩结构面与破裂面剪切实验技术取得进展

时间:2021-03-15

  岩体包含了层面、节理等原生不连续面和工程开挖活动诱发的破裂面,其强度和稳定性很大程度受岩体不连续面制约(谷德振 1979;王思敬 2009)。为此,N. R. Barton 在第12届国际岩石力学大会上再次强调:“The deformation resistance of the material bridges takes effect at much smaller deformations than the joint friction”。可见,岩体自然结构面和破裂面的剪切强度特性及剪切变形过程中的磨损机制是工程岩体稳定性分析的关键和基础。

  为此,武汉岩土所江权等研究人员重点开展了3方面的研究工作:(1)提出了基于“3S扫描+3D刻录/3D打印”的岩石裂面制样技术,实现工程岩体自然结构面和原位破裂面无损批量制备;(2)通过双连杆推力结构、可视化观测窗口、子母剪切盒结构、双重荷载传感器等技术创新,自主研发具有法向加卸载(NLU)、高常法向荷载(CNL)、高常法向刚度(CNS)、快/慢剪(FLS)、往返剪(GBS)等试验模式的新型多功能岩体剪断/裂面剪切高压伺服剪切试验系统;(3)基于图像处理技术建立了岩体剪切磨损面积和体积的计算方法,发现了剪切过程中硬岩破裂面细观上具有正斜面滑动、陡坎非均匀磨损、凸点局部啃断特征,以及宏观上具有剪切破坏区域分布的局部化和非均匀性特征。

 

图1 硬岩原位破裂面试样批量制作技术

 

图2 新型多功能岩体剪断/裂面剪切高压伺服剪切试验系统

 

图3 硬岩破裂面剪切磨损区域宏细观特征定量分析

  相关研究成果已发表于Computers and Geotechnics、International Journal of Geomechanics、《岩石力学与工程学报》、《岩土力学》等国内外主流期刊,并申请多项相关发明专利。

  (文/图 智能岩石力学组)

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