武漢巖土所研發(fā)出國際首臺巖石空心扭剪試驗系統(tǒng)

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曉木蟲

武漢巖土所研發(fā)出國際首臺巖石空心扭剪試驗系統(tǒng)

摘要: 　　“西部大開發(fā)”及“一帶一路”戰(zhàn)略實施中，我國及相關(guān)國家多山地形決定了交通、能源與資源開發(fā)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中大量地下工程的出現(xiàn)，印度板塊與歐亞板塊相撞背景決定了工程建設(shè)中高地應(yīng)力災(zāi)害頻發(fā)。我國中微子和 ...

　　“西部大開發(fā)”及“一帶一路”戰(zhàn)略實施中，我國及相關(guān)國家多山地形決定了交通、能源與資源開發(fā)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中大量地下工程的出現(xiàn)，印度板塊與歐亞板塊相撞背景決定了工程建設(shè)中高地應(yīng)力災(zāi)害頻發(fā)。我國中微子和暗物質(zhì)深地實驗室、核廢料深地處置庫、超千米深部資源開采等建設(shè)中面臨同樣難題，嚴(yán)重威脅人員和裝備安全，經(jīng)濟(jì)損失巨大，給國際巖石力學(xué)領(lǐng)域帶來巨大挑戰(zhàn)。其中，施工擾動造成應(yīng)力主軸旋轉(zhuǎn)并由此導(dǎo)致的巖石力學(xué)響應(yīng)是從本質(zhì)上揭示這一問題孕育機(jī)制的關(guān)鍵科學(xué)問題之一，是重大工程災(zāi)害準(zhǔn)確預(yù)測與可靠防控的基本前提。
　　中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)學(xué)習(xí)所巖土工程多場耦合效應(yīng)組學(xué)科帶頭人學(xué)習(xí)員周輝率領(lǐng)團(tuán)隊攻克超高扭矩、高壓液體密封、高精度應(yīng)變監(jiān)測等一系列技術(shù)難題，研制出一套可實現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)力路徑的巖石空心圓柱扭剪試驗系統(tǒng)。該項學(xué)習(xí)填補(bǔ)了模擬復(fù)雜應(yīng)力路徑的巖石室內(nèi)試驗儀器的空白，克服了現(xiàn)有國內(nèi)外試驗設(shè)備僅能考慮主應(yīng)力量值而無法揭示現(xiàn)場巖石真實破壞機(jī)制的弊病，對推動巖石力學(xué)室內(nèi)試驗裝備發(fā)展、豐富巖石力學(xué)理論具有重要現(xiàn)實意義和科學(xué)價值。利用此裝備所得學(xué)習(xí)結(jié)果表明：（1）巖石空心圓柱扭剪試驗系統(tǒng)可以實現(xiàn)多種復(fù)雜應(yīng)力路徑，可用于學(xué)習(xí)應(yīng)力主軸旋轉(zhuǎn)對巖石強(qiáng)度及變形的影響，進(jìn)而完善巖石強(qiáng)度準(zhǔn)則，深入學(xué)習(xí)巖石力學(xué)性質(zhì)；（2）巖石的破裂角與應(yīng)力主軸旋轉(zhuǎn)角在一定應(yīng)力范圍內(nèi)具有較好一致性，驗證并完善了考慮應(yīng)力主軸旋轉(zhuǎn)的裂紋擴(kuò)展機(jī)理。（3）SEM掃描結(jié)果表明扭剪破壞斷口形貌有臺階狀花樣、河流狀花樣、平行滑移線花樣及板狀平行滑移花樣等，晶面上多而密的平行線條紋，揭示以剪切破壞為主的張拉剪切復(fù)合破裂機(jī)制。
　　上述工作得到中科院科研裝備研制項目（YZ201553）、國家重點基礎(chǔ)學(xué)習(xí)發(fā)展計劃（“973”）項目（2014CB046902）及國家自然科學(xué)基金項目（51427803，51404240）等項目資助。上述技術(shù)獲得國家發(fā)明專利授權(quán)，學(xué)習(xí)成果將發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊巖土力學(xué)。
　　1)周輝，李震，胡大偉等.巖石空心圓柱扭剪儀. 發(fā)明專利號：ZL201410343475.0， 2016.
　　2)周輝，姜玥，盧景景等.巖石空心圓柱扭剪試驗系統(tǒng)研制.