岩体介质细观损伤演化机理CT实时试验及应用
                     (2006-11-24)  
             
             
                 应用行业：矿山、水利、国防、铁道、人防、土木 技术领域：工程评估 任务来源： 国家自然科学基金  陕西省自然科学基金 中国博士后基金  冻土工程国家重点实验室开放基金 Ø    主要内容 本成果采用宏观试验和CT细观实时试验技术相结合的方法来研究岩石损伤扩展力学特性及其细观演化机理，该成果具有重要的科学价值和实用意义。本成果利用自行研制成功的岩石三轴CT专用试验系统，在国内外首次完成了三(单轴)压缩荷载作用下岩石破坏全过程细观损伤扩展规律的CT实时试验、岩石蠕变损伤特性CT 实时试验、岩石疲劳损伤破坏机理CT实时试验和岩石卸荷细观损伤扩展特性CT实时试验,取得了重要的阶段性成果，有关内容已经在《中国科学(E)》、《自然科学进展》、《土木工程学报》等重要学术期刊发表，多篇论文进入SCI，EI等检索系统，有关论文已经被同行多次引用。  Ø    技术要点 岩石损伤细观试验的结果可以给岩石宏观破坏机理的研究提供重要的试验基础,因此岩石损伤检测试验研究受到普遍重视。目前的岩石损伤细观试验手段主要有：光学显微镜、扫描电镜、X射线断层扫描仪（即CT机，CT是Computerized Tomography 的简写）。带有微型加载装置的光学显微镜和扫描电镜的岩石损伤检测也有其不足之处，因试件太小、卸载、切片扰动、单一观测断面、单轴加载及加载能力的限制等因素的影响，降低了试验结果的确定性和可靠性，另一方面，这种细观试验的力学机制也不很明确。 20世纪80年代以来，CT检测因具有可以多层面扫描、可采用国际标准试件、无损检测等优点而受到广大岩土力学工作者的重视。目前，对三轴压缩下有预制裂纹的岩石的损伤扩展特性的研究方法是：先在岩石力学刚性试验机上对岩石试件进行人工预致损（致损的方法是，将试件加荷到峰值强度的37%和61%后卸载），然后将试件放在CT机上进行扫描试验，这些工作是岩石损伤检测技术的重要进展。但是，这种岩石损伤扩展CT试验在试件从MTS刚性试验机被移到CT机的过程中的扰动、卸荷回弹等过程对岩石损伤扩展特性试验的结果有较大影响，其重要缺陷是没有达到实时（Real-time）CT扫描。 本成果的创造性贡献是： 1.    研制成功了与冻土工程国家重点实验室CT机配套的岩土力学CT专用三轴实时加载系统，利用该设备可以在进行岩石宏观破坏试验的同时，实时的进行CT细观试验，克服了已有的岩石损伤破坏过程CT试验过程没有达到实时（Real-time）扫描的缺陷，为岩石细观损伤力学研究提供了一个重要的创新试验手段。 2.    引入初始损伤影响因子及闭合影响系数，建议了一个基于CT数的新的损伤变量，定义了CT数减小率的概念，提出了一种CT图像裂纹宽度的合理估算方法，确定了岩石的应力损伤门槛值,得到了基于试验基础上的岩石损伤演化规律。 3.    从岩石破坏的细观机理出发，对岩石应力应变全过程曲线进行了分段。给出了三轴(单轴)压缩岩石峰前分段细观损伤演化方程和岩石损伤本构模型，该模型与试验结果吻合较好。 4.    岩石和三峡裂隙花岗岩卸荷损伤演化CT试验结果表明，裂隙岩石卸荷破坏具有突发性。 5.    从CT细观试验的角度证实岩石疲劳损伤存在门槛值。 6.    本课题所自行研制和开发的岩石三轴CT实时试验系统是岩石损伤细观检测技术方面的一个重要突破，将有力的推动岩石损伤力学检测技术的发展，其在岩石损伤CT实时（real-time）试验方面的研究处于国际领先地位。总体上讲，该成果处于国际先进水平。 Ø    应用情况及前景 本成果对拟建的南水北调西线工程、在建的青藏铁路及西部大开发中的其它寒区水利、矿山、交通等国家重大工程建设中的寒区隧洞、边坡等的稳定性评价、开挖支护设计技术、冻害防治等研究具有重要的参考价值和工程实用意义,推广应用后,将会产生显著的社会、经济效益。 Ø    合作方式 1.    针对具体的重大岩土工程问题,开展高陡岩体边坡破坏机理的实验研究，给出科学合理的加固措施。 2.    针对具体的重大岩土工程问题,开展特殊土（膨胀土、黏土、湿陷性黄土）破坏机理实验与理论研究，评价特殊土边坡、路基稳定性,给出合理的处理方法。 3.    针对南水北调西线工程、青藏铁路及西部大开发中的寒区水利、矿山等国家重大工程建设中存在的冻融环境下的岩土工程问题，开展加卸载作用下寒区岩土介质细观损伤演化力学机理的试验与理论研究，建立西部寒区岩土工程（冻土）灾害预测预报及治理系统。