岩石節理全剪下-滲流耦合試驗技術和系統研製

《岩石節理全剪下-滲流耦合試驗技術和系統研製》是依託同濟大學，由夏才初擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：岩石節理全剪下-滲流耦合試驗技術和系統研製
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：夏才初
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

節理的力學和滲流性質對岩體的力學和滲流性質起著支配作用，節理的力學和滲流性質存在相互的耦合作用，尤其是在剪下過程中，因此，高滲透壓力作用下節理的剪下-滲流耦合性質是岩體力學和工程中迫切需要解決的關鍵科學問題，而岩石節理全剪下-滲流耦合試驗系統是揭示這一科學問題的重要手段。雖然已有節理在不同法向應力下的滲流試驗以及較低滲流壓力下節理剪下位移後的滲流試驗的研究成果，但是較高滲流壓力下在節理剪下達到其峰值後的過程中進行的滲流試驗和研究還是空白，主要是由於一直沒有能在節理剪下過程中進行滲流試驗的滲流剪下盒。本項目擬重點攻克高滲流壓力下滲流剪下盒在剪下過程中的密封、高滲流壓力和小流量的測量和控制、常剛度控制等技術關鍵，研製岩石節理全剪下-滲流耦合試驗系統及相應的試驗技術，為研究巷道、隧道、地下洞室、邊坡等岩體工程中的科學問題提供儀器和技術支撐。

結題摘要

近年來隨著核廢料處理、天然氣及CO2地下儲存、壓氣儲能、水利和採礦工程等大型深部地下岩體工程的興建，高滲透壓力作用下節理岩體的力學和滲流及其耦合特性是關係該類地下工程安全與否的關鍵因素。由於節理剪下-滲流耦合試驗系統要實現高滲透壓力（3MPa）條件下邊剪下邊滲流的過程，保證試驗系統中剪下盒的密封性成為試驗系統成功的技術瓶頸。本項目在國外同類型儀器研究的基礎上，自主發展和研製全新的節理剪下滲流試驗系統，系統主要包括部分：（1）剪下滲流盒及其密封系統；（2）滲流伺服控制系統；（3）主機和載入系統；（4）高精度測量和多通道伺服載入控制系統和（5）試驗操作軟體系統。據此，本系統精確地實現了在法向和剪下向多種載入邊界條件的載入方式和控制問題，尤其實現了常法向剛度邊界條件以及法向流變-滲流、剪下流變-滲流的載入方式，攻克了高滲透壓和小流量的測量和控制技術，並解決了在3MPa滲透壓力下，在節理剪下過程中上、下剪下盒具有法向和剪下位移（最大剪下位移20mm，即試件長度的10%）動態情況下岩石節理密封的關鍵技術難題，並初步套用於深部岩體工程中的節理剪下-滲流、剪下流變-滲流的試驗研究。該試驗裝備是國內外首台能達到3MPa滲透壓力的岩石節理剪下滲流儀器，填補了在較高滲透壓力下岩石節理剪下達到峰值後直至殘餘強度整個過程中滲流試驗和研究的空白。儀器的成功研製，將使我國在岩石節理水力學性質研究技術水平、方法和儀器達到國際領先水平，對促進我國節理力學和水力學特性基礎前沿研究起到積極推動作用。