岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (9): 3159-3169.doi: 10.16285/j.rsm.2019.0772

• 测试技术 • 上一篇    下一篇

大型多功能高压岩石结构面剪切伺服试验 系统及功能测试分析

江权1，李力夫1, 2，冯夏庭1，李邵军1，覃卫民1，陈腊春3   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071；2. 中国科学院大学，北京 100049； 3. 湖北宜化集团有限责任公司，湖北 宜昌 443008
  • 收稿日期:2019-04-29 修回日期:2020-01-15 出版日期:2020-09-11 发布日期:2020-10-22
  • 作者简介:江权，男，1978年生，博士，研究员，主要从事深部工程与大型洞室群稳定性分析、结构面力学特性等方面的研究工作。
  • 基金资助:
    中科院修购专项项目（No.173026000）；国家自然科学基金（No.51779251，No.41672314）

High pressure shearing servo testing system for rock joint with multi modes and corresponding function test analysis

JIANG Quan1, LI Li-fu1, 2, FENG Xia-ting1, LI Shao-jun1, QIN Wei-min1, CHEN La-chun3   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Hubei Yihua Group Company, Yichang, Hubei 443008, China
  • Received:2019-04-29 Revised:2020-01-15 Online:2020-09-11 Published:2020-10-22
  • Supported by:
    This work was supported by the Betterment and Acquisition Project of Chinese Academy of Sciences(173026000) and the National Natural Science Foundation of China(51779251, 41672314).

PDF (Chinese)

209

摘要： 高法向应力和常法向刚度边界是深部岩体结构面基本边界约束特征，开发具有高法向荷载、大剪切面积、多剪切模式、长剪切距离的岩石结构面剪切伺服试验系统是认识深部岩体结构面剪切变形与破坏的前提。为此，阐述了新开发的大型多功能高压岩石结构面剪切伺服试验系统的特征参数和功能特性。该系统由法向与剪切加卸载子系统、伺服控制子系统、数据采集与交互软件子系统、液压油源辅助子系统等组成，其最大法向荷载为1 500 kN、最大剪切荷载为2 000 kN，可适用尺寸为20 cm×10 cm×20 cm、30 cm×20 cm×30 cm和50 cm×30 cm×30 cm（长×宽×高）的结构面剪切/试块剪断试验。试验过程可采用复杂的法向加卸载（NLU）、常法向荷载（CNL）、常法向刚度（CNS）、快/慢剪（FLS）、往返剪（GBS）等试验模式，辅助有剪切观测视窗和声发射定位监测。基于水泥材质结构面和岩石试样开展本系统的功能测试试验结果表明，由于采用了先进的硬件结构设计和高效的伺服软件控制，该高压伺服试验系统可以实现高频伺服反馈控制和数据自动采集，从而可获得稳定和可靠的结构面试样剪切测试结果，支撑深部含结构面岩体稳定性理论研究和工程应用分析。

关键词: 结构面, 剪切试验, 伺服控制, 常法向刚度, 剪切系统

Abstract: The high normal stress and constant normal stiffness are the general boundary constraint features of deep rock joints. Advanced rock joint shear servo test system with high normal load, large shear area, multi-shear mode and long shear distance is the premise for understanding the shearing deformation and failure of rock joints in deep stress condition. Thus, a new shear servo testing system, with large-scale, multi-functional and high-pressure, is invented. The system consists of normal and shear loading and unloading subsystems, servo control subsystems, data acquisition and software subsystems, and hydraulic oil source auxiliary subsystems. The functional parameters of the testing system include the maximum normal load of 1 500 kN, the maximum shear load of 2 000 kN. This testing system is available for the rock joint shearing test on the sample with standard sizes of 20 cm×10 cm×20 cm, 30 cm×20 cm×30 cm and 50 cm×30 cm×30 cm (length×width×height). The testing system can finish complex loading and unloading, constant normal loading (CNL), constant normal stiffness (CNS), fast/slow shearing, reciprocating shearing and other loading modes, assisting with shear observation window and acoustic emission positioning monitoring. Based on the test specimens of cement material and rock specimens, the experimental results show that this servo testing system can achieve high-frequency feedback control and data acquisition due to the excellent hardware structure and efficient software control, which can give out stable and reliable experimental data, support the stability study and engineering application analysis for deep rock engineering.

Key words: rock joint, shear test, servo control, constant normal stiffness, shear system

中图分类号: 

  • TU 451
[1] 陈庆发, 杨承业, 尹庭昌, 王宇, . 金属矿山矿块单元结构体组合关系研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 74-82.
[2] 邹先坚, 王益腾, 王川婴. 钻孔图像中岩石结构面三维形貌特征及 优势抗滑方向研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 290-298.
[3] 张峰瑞, 姜谙男, 杨秀荣. 孔隙水压力对锯齿状结构面剪切蠕变特性的影响[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 2901-2912.
[4] 洪陈杰, 黄曼, 夏才初, 罗战友, 杜时贵, . 岩体结构面各向异性变异系数的尺寸效应研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2098-2109.
[5] 侯钦宽, 雍睿, 杜时贵, 徐敏娜, 曹泽敏. 结构面粗糙度统计测量最小样本数确定方法[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1259-1269.
[6] 闫超萍, 龙志林, 周益春, 旷杜敏, 陈佳敏, . 钙质砂剪切特性的围压效应和粒径效应研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 581-591.
[7] 贾宝新, 王坤, 孙傲, 周琳力, 孙闯, 苏丽娟, . 含采空区层状岩体微震信号传播规律试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(10): 3255-3265.
[8] 何鹏飞, 马巍, 穆彦虎, 黄永庭, 董建华, . 黄土−砂浆块界面剪切特性试验及本构模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 82-90.
[9] 崔学杰, 晏鄂川, 陈 武. 基于改进遗传算法的岩体结构面产状聚类分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 374-380.
[10] 彭守建, 岳雨晴, 刘义鑫, 许江, . 不同成因结构面各向异性特征及其剪切力学特性[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3291-3299.
[11] 许江, 邬君宇, 刘义鑫, 雷娇, . 不同充填度下岩体剪切−渗流耦合试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3416-3424.
[12] 吴关叶, 郑惠峰, 徐建荣. 三维复杂块体系统边坡深层加固条件下稳定性及 破坏机制模型试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2369-2378.
[13] 许 江, 瞿佳美, 刘义鑫, 彭守建, 王 威, 吴善康, . 循环剪切荷载作用下充填物对结构面 剪切特性影响试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1627-1637.
[14] 郑青松, 刘恩龙, 刘明星, . 三轴试验下结构面倾角对制备岩样力学特性的影响[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1854-1861.
[15] 朱仁杰, 车爱兰, 严 飞, 文 海, 葛修润, . 含贯通性结构面岩质边坡动力演化规律[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1907-1915.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 张力霆，齐清兰，魏静，霍倩，周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[2] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[3] 黄润秋，徐德敏. 岩石（体）渗透性测试的体变量法研究[J]. , 2009, 30(10): 2961 -2964 .
[4] 张明义，刘俊伟，于秀霞. 饱和软黏土地基静压管桩承载力时间效应试验研究[J]. , 2009, 30(10): 3005 -3008 .
[5] 杜佐龙，黄茂松，李 早. 基于地层损失比的隧道开挖对临近群桩影响的DCM方法[J]. , 2009, 30(10): 3043 -3047 .
[6] 张建国，张强勇，杨文东，张 欣. 大岗山水电站坝区初始地应力场反演分析[J]. , 2009, 30(10): 3071 -3078 .
[7] 颜天佑，李同春，赵兰浩，季薇薇. 三维边坡稳定分析的有限元弹塑性迭代解法[J]. , 2009, 30(10): 3102 -3108 .
[8] 吴 亮，钟冬望，卢文波. 空气间隔装药爆炸冲击荷载作用下混凝土损伤分析[J]. , 2009, 30(10): 3109 -3114 .
[9] 张家发，定培中，张 伟，胡智京. 水布垭面板堆石坝垫层料渗透与渗透变形特性试验研究[J]. , 2009, 30(10): 3145 -3150 .
[10] 周晓杰，介玉新，李广信1. 基于渗流和管流耦合的管涌数值模拟[J]. , 2009, 30(10): 3154 -3158 .
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484, 87199252, 87199253, 87198752　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发