复杂应力路径高压真三轴原位试验技术

任务来源：

技术领域：水利工程建设与管理

技术来源：长江科学院提出了能实现高压加载、复杂应力路径伺服控制的原位真三轴试验技术，研发了YXSW-12现场岩体真三轴试验系统。

技术原理

针对大型水利水电工程高应力及复杂地质条件岩体力学特性，运用工程地质、水工结构、岩石力学等多学科方法对水工复杂条件岩体原位试验新技术开展系统研究，提出了复杂应力路径岩体原位真三轴试验方法，研发了高压真三轴岩体全过程控制原位试验技术；提出了伺服控制与滚轴丝杠组合式、气-液恒定稳压加载方法，研发了高应力复杂路径岩体蠕变试验技术；首次研发了岩体原位三轴试验CT测试方法与技术；研发了岩体高压刚性承压板中心孔法变形试验技术、岩体及结构面高压直剪全过程控制原位试验技术、柱状节理玄武岩原位大比尺模型综合试验技术、软岩-桩复合地基原位模型试验技术，构成了高应力条件下宏细观方法相结合的岩体加卸荷原位试验系列技术与方法。

技术特色

系统具有如下技术特点：真三轴，能够对围压σ₁、σ₂、σ₃分别控制，实现σ₁≠σ₂≠σ₃真三轴试验；高应力，提供围压的液压枕经过特殊设计和处理，能够提供最大应力15MPa，轴压通过千斤顶提供，最大达120MPa；自动伺服控制，加载方式为自动伺服控制，加载速度快，稳压效果好，能够按试验目的方便调整加、卸载方式，能开展复杂应力路径试验；全过程，能够获得试样的应力应变全过程曲线，取得峰值强度和残余强度。

技术指标

（1）试样尺寸：500mm（长）×500mm（宽）×1000mm（高）。
（2）大、中、小主应力最大值120MPa、15MPa、15MPa。
（3）沿试样长轴方向位移范围：0～100mm；短轴方向位移范围：0～50mm；位移分辨率：0.001mm；精度：0.1%FS。
（4）按任意设定的加载过程，采用应力或应变控制方式进行三向独立加载，实现复杂应力条件下的模拟试验。
（5）应力控制由伺服电机驱动数控计量油源实现；随软件设定应力范围自动调整稳定应力。
（6）伺服控制：可按任意设定加载过程，根据应力或应变控制方式进行三向独立加载。
（7）应力、变形等的自动量测。

应用范围及前景

复杂应力路径高压真三轴原位试验技术可以应用在深埋长大引水隧洞、地下洞室群、高陡边坡等工程中，研究大尺寸岩体在复杂应力条件下的应力应变关系曲线和本构模型参数，获得深埋长大引水隧洞和地下洞室群围岩以及边坡岩体的应力应变规律，并进行安全评价。目前，YXSW–12现场岩体真三轴试验系统已在白鹤滩水电站、乌东德水电站、丹巴水电站、锦屏二级深埋引水隧洞等工程中进行了成功应用，解决了高应力、复杂应力路径下工程岩体力学特性的现场测试难题，为解决柱状节理玄武岩修建高拱坝适宜性，深埋隧洞围岩损伤与力学参数取值、埋深大、应力高、岩体强度低等复杂条件洞室开挖等关键技术问题提供了重要依据，取得了显著的社会效益和经济效益。
典型应用案例：
四川省宁南县白鹤滩水电站，在坝址区右岸柱状节理玄武岩试验洞内，开展了含1组6点现场岩体三轴试验研究。通过采用YXSW–12现场岩体真三轴试验系统，揭示了柱状节理玄武岩三维应力状态下的破坏形式主要是在原柱状节理面基础上进一步扩展和贯通，深化了对柱状节理玄武岩变形、强度特征、破坏过程及破坏机制的认识。
四川省凉山州锦屏二级水电站，针对锦屏二级引水隧洞埋深大、围岩地应力高、开挖应力路径复杂等突出问题，采用卸侧压路径高压真三轴试验技术，对深埋隧洞围岩变形破坏规律、围岩力学特性及参数取值等问题进行了深入研究。
四川省丹巴县丹巴水电站，为了准确地把握深埋二云片岩软岩洞段的工程力学性质与作为洞室围岩的变形机理，采用复杂应力路径真三轴原位试验技术，对石英云母片岩的变形破坏机理进行了深入研究。获得了三向应力状态、复杂应力路径下石英云母片岩的强度参数，分析了中间主应力对软岩强度参数的影响。

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