Page 15 - 岩石力学与岩石工程学科发展研究报告

岩石工程的需要，发展了岩石破裂过程 CT（Computerized Tomography）检测、软岩剪切测试与岩石蠕

变测试技术、现场变形测试、现场弹性波测试与地应力测试技术等。基于上述测试新技术，在岩石
工程超前预报、动态反馈分析、设计优化、长期工程安全与风险分析、岩体质量分类、变形稳定技
术标准等方面取得了一系列成果。

李晓等利用研制的与CT 机配套的专用加载设备，进行了岩土混合体未损伤破坏开裂的CT 试验；
苑伟娜等采用 CT 扫描技术，根据定位扫描原理，利用阈值分割图像分析方法，研究土石混合体在
单轴荷载作用下块石的运移规律，建立内部结构与宏观变形破坏的联系，揭示了试样损伤开裂的内
在机制；由中国科学院力学研究所研发的微机控制电液伺服柔性三轴实验机，通过采用柔性压头和

柔性底座，可以考虑等应力、等位移两种边界条件加载，获得土石混合体的抗剪强度参数；由中国
科学院地质与地球物理所进行的土石混合体应力-应变-渗流耦合试验，揭示了土石混合体多场（渗流
场、变形场、应力场、损伤场）多相介质（土颗粒集合体、块石、孔隙、裂隙等）耦合的渗流动力

学特征；由成都理工大学研发的大型粗粒土直剪试验系统，可以在剪切时根据粗粒土的结构形成多
组剪切面，揭示出粗粒土的剪切变形特征；由中国科学院地质与地球物理研究所研发的 RSM1000
型土石混合体大型土工试验装置，可以开展冻融循环条件下土石混合体的抗剪强度特性与基覆面力
学特性试验；李元海等采用自行研发的深部隧道框架式真三轴物理试验系统和岩土工程数字照相量

测软件系统，对隧道围岩的变形破坏模式和不同围压作用下的变形破裂演变过程进行试验观测和定
性、定量分析，并可对围岩破裂带的范围进行准确界定，是岩石相似模型试验中有效的变形测量手

段。
一些新兴的岩石工程，如 CO2 地质封存、页岩气开发、干热岩地热开发等也陆续助推了新的岩石
力学试验装备的研发与应用，如李小春等研制的盖岩 CO2 突破压测试方法和岩石两相致裂仪等；周
翠英等设计了一套同时驱动四压力室的高压液压系统，可以模拟岩体地应力与环境水等赋存条。
以往国内外岩石真三轴试样尺寸倾向于两极，且尺寸跨度大、应力大小不同，不便于研究岩体

三轴强度的尺寸效应和高应力环境复杂应力路径岩石的变形与强度特征。针对这一难题，长江科学
院于 2012 年成功研制了 LWZ–10000 型中尺寸岩石真三轴试验系统，为研究多向复杂应力路径下不

同尺寸深部岩体的变形及强度参数提供了新手段。
在岩石流变特性试验技术方面，目前的岩石试验设备稳压系统主要采用伺服闭环控制、滚珠丝
杠和液压相结合的方式。长江科学院研制出 TLW－2000 型岩石三轴蠕变试验仪，围压达 70 MPa，
轴向荷载达 2 000 kN，最大试样尺寸为 Φ100 mm×200 mm；同济大学研发了节理剪切-渗流耦合试验
系统，最大法向和切向荷载均为 600 kN，最大渗透压力为 0 .5MPa。另外，加卸荷应力路径和卸荷

速率是对岩石卸荷力学性质影响的关键因素，葛修润等提出了合理的岩石三轴轴向加卸荷试验方法、
岩石三轴围压加卸荷试验方法，揭示了加、卸荷过程中各种控制因素的作用及高应力加卸荷破坏的

破坏机制，解决了目前相关试验研究缺乏对关键因素的统一设置，导致试验结果难以对比的问题。

2.3.3 原位试验

原位试验包括现场变形测试、弹性波测试、地应力测试以及水压裂法等，可对岩体的弹性模量、
应力、变形和抗渗等多种性能做出评价。与室内试验相比，原位试验能够更加准确地获得岩体的物
理力学性质，尤其是当岩体地层结构较为复杂和基础应力状态不明确时，所获数据更为真实，而广

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