岩石变频动态加载三轴试验技术与系统研制

岩石介质结构的地震响应和破裂失稳机理，是地震诱发崩塌滑坡研究的基本问题，地震力作用下岩石的动力损伤演化及变形破裂机制，是探索复杂条件下岩石介质动力学行为与演进机制的关键科学问题。变频动态加载岩石力学三轴试验系统是揭示这一科学问题的重要试验手段。目前传统岩石静力学、高频动态试验和理论研究较为广泛，中等应变率动态试验鲜有研究，而地震条件下变频（0.01～5Hz）动态试验和理论研究则是空白，这是由于现存试验设备不能进行地震波形变频加载和测控，因此，岩石变频动态加载三轴试验技术成为上述科学问题突破的技术瓶颈。本项目针对"变频变幅复杂波形动力加载、高精度测控与响应"、"大流量高压油源发热"与"动载过程的高速高分辨动态测量"3个关键技术难点，采用"高频响动态电液伺服测控技术"、"数控油冷氟利昂机组制冷技术"和"高速线性激光CCD技术"，研制岩石变频动态加载三轴试验系统，为科学问题研究提供基础实验支撑。

岩石介质结构的地震响应和破裂失稳机理，是地震诱发崩塌滑坡研究的基本问题，地震力作用下岩石的动力损伤演化及变形破裂机制，是探索复杂条件下岩石介质动力学行为与演进机制的关键科学问题。变频动态加载岩石力学三轴试验系统是揭示这一科学问题的重要试验手段，岩石变频动态加载三轴试验技术成为上述科学问题突破的技术瓶颈。项目针对"变频变幅复杂波形动力加载、高精度测控与响应"、"大流量高压油源发热"与"动载过程的高速高分辨动态测量"3个关键技术难点，突破了"高频响动态电液伺服测控技术"、"数控油冷氟利昂机组制冷技术"和"高速线性激光CCD技术"，研制出岩石变频动态加载三轴试验系统样机，为科学问题研究提供基础实验支撑。 .针对地震、岩爆、矿震等所对应的变频变幅动态加载条件下岩石动态力学特性研究中存在诸如静态和准动态加载应变率界限值划分不清、岩石渐进性破裂过程研究鲜见、机理解释模糊或者仅为假设性解释等现状，利用研制的“DW5-1000 岩石变频变幅动态三轴试验系统”，实施一系列不同应变率加载条件下的单轴压缩试验，得到大量规律性结论；对岩石破裂表面进行细观观测，从细观上解释了岩石的损伤破裂机理；运用能量守恒法则对岩石损伤破裂过程中的能量特征和能量机制进行分析，并结合细观试验的研究成果，结果表明岩石吸收能量的差异引起裂纹扩展模式不同最终导致了岩石强度率相关性。