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岩石力学室内试验技术的若干进展-论文网

时间:2014-07-30  作者:朱杰兵,蒋昱州
由美国引进的MTS系统,功能强大,测试精度高,配套有声发射监测系统可以较好地对声发射事件自动计数、存储,可与计算机通讯,实现对声发射的实时监测,并可进行波形和参数的分析;MTS系统是当前公认的岩石声发射测试的理想设备。四川大学、武汉理工大学对MTS系统进行了改进,将声发射探头安装至轴向压力头垫块内或是压力室外侧壁上,可以实现不同围压下岩石三轴声发射试验。

7岩石的细观、微观测试技术

岩石的细观、微观测试技术主要包括岩石CT、红外线、数字化扫描成像等内容。

近年来,计算机断层识别技术即CT(ComputerizedTomography)技术以其具有无扰动、可多层面分析、机制明确等诸多优点受到岩土工程研究者的关注。

1986年日本首先研制成功室内受压岩样弹性波CT机,并用该机对受压岩样内部裂隙发展过程进行研究,成为岩石力学CT技术研究和应用的开端。国内,1995年杨更社首次应用医用X射线CT机对岩石的初始损伤特性进行研究,并给出用CT数表示的岩石损伤变量公式。近年来,中国科学院冰川冻土研究所冻土工程国家重点实验室研制了一套岩土CT专用三轴加载装置,可以实现试验过程中的实时扫描。该机空间分辨率为0.35mm×0.35mm,可识别最小体积为0.12mm,密度对比分辨率为0.3%(3Hu);最大轴向设计压力为400kN,围压为20MPa,轴向工作行程40mm,位移传感器量程0~50mm,精度0.31%。岩石试样尺寸采用国际标准尺寸,为φ50mm×100mm。

20世纪80年代初,人们开始将可见光和近红外卫星遥感图像用于地震活动区的线形构造和现代构造运动研究;90年代初,国家地震局地球物理研究所将遥感红外技术应用于岩石力学实验研究。2001年以来,中国矿业大学采用红外辐射探测装置TVS-8100MKⅡ型红外热像仪,进行了不同应力路径条件下岩石破裂过程与失稳破坏预兆的研究;该红外仪该温度灵敏度为0.025℃,图像分辨率为320象素×240象素,图像采集速率最高可达60F/s。

岩体内部节理面力学特性直接影响着岩体的工程性质,而节理的表面形貌又决定其相应的力学特征,对节理表面形貌进行精确测定十分必要的。2008年同济大学采用立体视觉法、结构光法和双目成像原理,研制了一台便携式岩石三维表面形貌仪TJXW–3D,该形貌仪主要由2个高精度的工业摄像头、2个工业镜头、数字光栅投影装置、云台、三角架和用于数据采集的计算机组成。摄像头的分辨率为1.44×106pixel,一次测量的最大面积可以人工调节,范围为200mm×150mm~400mm×300mm,最高测量精度为0.02mm;测量时间短,一次测量仅需10s;仪器仅重10kg,可以拆开装入2个0.4m×0.3m×0.2m的盒子里,方便携带至现场。仪器所配套的测量与分析软件,可以对岩石表面的三维形貌进行图形显示与分析。

8技术展望

随着许多基础工程建设、水电工程建设、核废料处理等多项大规模的工程建设的开工,使得岩土试验的开展越来越多、越来越广泛,而且对试验的要求和试验难度也越来越高,相应的多种全新的、高档次、高科技水平的岩土试验设备相继被研发并投入使用。预计以下岩石力学实验设备会得到进一步的发展与应用:

1)考虑HTM相互耦合的岩石结构面的剪切流变试验技术及三轴流变试验技术;

2)高温高压下岩石室内三轴试验全过程测试技术;

3)岩石试验全过程中的微观及细观实时测试技术;

室内试验设备也会一直朝着精确度高、功能强大、稳定可靠、智能管理、操作简便与体积轻便方向发展下去。

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