武汉岩土所研发出国际首台岩石空心扭剪试验系统

摘要: 　　“西部大开发”及“一带一路”战略实施中，我国及相关国家多山地形决定了交通、能源与资源开发等基础设施建设中大量地下工程的出现，印度板块与欧亚板块相撞背景决定了工程建设中高地应力灾害频发。我国中微子和 ...

　　“西部大开发”及“一带一路”战略实施中，我国及相关国家多山地形决定了交通、能源与资源开发等基础设施建设中大量地下工程的出现，印度板块与欧亚板块相撞背景决定了工程建设中高地应力灾害频发。我国中微子和暗物质深地实验室、核废料深地处置库、超千米深部资源开采等建设中面临同样难题，严重威胁人员和装备安全，经济损失巨大，给国际岩石力学领域带来巨大挑战。其中，施工扰动造成应力主轴旋转并由此导致的岩石力学响应是从本质上揭示这一问题孕育机制的关键科学问题之一，是重大工程灾害准确预测与可靠防控的基本前提。
　　中国科学院武汉岩土力学学习所岩土工程多场耦合效应组学科带头人学习员周辉率领团队攻克超高扭矩、高压液体密封、高精度应变监测等一系列技术难题，研制出一套可实现复杂应力路径的岩石空心圆柱扭剪试验系统。该项学习填补了模拟复杂应力路径的岩石室内试验仪器的空白，克服了现有国内外试验设备仅能考虑主应力量值而无法揭示现场岩石真实破坏机制的弊病，对推动岩石力学室内试验装备发展、丰富岩石力学理论具有重要现实意义和科学价值。利用此装备所得学习结果表明：（1）岩石空心圆柱扭剪试验系统可以实现多种复杂应力路径，可用于学习应力主轴旋转对岩石强度及变形的影响，进而完善岩石强度准则，深入学习岩石力学性质；（2）岩石的破裂角与应力主轴旋转角在一定应力范围内具有较好一致性，验证并完善了考虑应力主轴旋转的裂纹扩展机理。（3）SEM扫描结果表明扭剪破坏断口形貌有台阶状花样、河流状花样、平行滑移线花样及板状平行滑移花样等，晶面上多而密的平行线条纹，揭示以剪切破坏为主的张拉剪切复合破裂机制。
　　上述工作得到中科院科研装备研制项目（YZ201553）、国家重点基础学习发展计划（“973”）项目（2014CB046902）及国家自然科学基金项目（51427803，51404240）等项目资助。上述技术获得国家发明专利授权，学习成果将发表于学术期刊岩土力学。
　　1)周辉，李震，胡大伟等.岩石空心圆柱扭剪仪. 发明专利号：ZL201410343475.0， 2016.
　　2)周辉，姜玥，卢景景等.岩石空心圆柱扭剪试验系统研制.