隧道、地下洞群等地下工程多以巖體為賦存介質(zhì)，巖體由結(jié)構(gòu)面及其切割的塊體組成，在地震作用、庫水位升降、煤層工作面回采條件下，結(jié)構(gòu)面易受到重復(fù)荷載作用，強(qiáng)度減弱并發(fā)生剪切，導(dǎo)致巖體沿結(jié)構(gòu)面錯(cuò)動(dòng)，進(jìn)而對地下工程造成破壞，因此研究巖體結(jié)構(gòu)面在循環(huán)荷載作用下的力學(xué)特性具有重要意義。然工欲善其事，必先利其器，循環(huán)剪切裝備是研究結(jié)構(gòu)面循環(huán)剪切力學(xué)性質(zhì)和破壞機(jī)制的重要基礎(chǔ)。

　　針對這一裝備技術(shù)問題，在學(xué)科方向帶頭人盛謙研究員帶領(lǐng)下，武漢巖土所巖土工程抗震組崔臻等研究人員，基于近年來國內(nèi)外研制巖石直剪儀的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)成果，在機(jī)架構(gòu)型、量測系統(tǒng)、試件盒、控制軟件等方面針對循環(huán)剪切工況進(jìn)行專門優(yōu)化，通過研發(fā)專門的“對頂夾持式構(gòu)型”等多項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)，成功研制了“多功能巖體結(jié)構(gòu)面循環(huán)剪切儀”，可對巖體結(jié)構(gòu)面試樣開展多項(xiàng)力學(xué)試驗(yàn)，包括結(jié)構(gòu)面法向循環(huán)加卸載試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)面單調(diào)剪切試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)面循環(huán)剪切試驗(yàn)等。 

　　裝置機(jī)構(gòu)上采用自主創(chuàng)新的雙千斤頂“對頂夾持式構(gòu)型”，使用雙千斤頂夾持下剪切盒，使加載更加穩(wěn)定。雙千斤頂?shù)膴A持力可以自適應(yīng)設(shè)定：在低法向應(yīng)力下，結(jié)構(gòu)面試樣的破壞較輕，可以設(shè)定較低的夾持力，避免試樣夾壞；在高法向應(yīng)力下，可調(diào)高夾持力，保證結(jié)構(gòu)面在雙向剪切的過程中穩(wěn)固不動(dòng)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定采集。結(jié)合專門為循環(huán)剪切工況優(yōu)化的試件盒、測量與控制軟件，本裝置良好地解決了試樣的夾持固定及循環(huán)加載中高精度測量問題。 

　　本裝置與彈脆塑相似材料制作技術(shù)、三維結(jié)構(gòu)光紋理掃描、光固化成形打印等關(guān)鍵試驗(yàn)技術(shù)，共同為研究循環(huán)作用下巖體結(jié)構(gòu)面變形劣化效應(yīng)與漸進(jìn)破壞特征提供了重要的裝備基礎(chǔ)?；谶@些裝備與技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)已為新疆深埋隧洞工程、滇中引水等數(shù)個(gè)重大巖石地下工程提供了巖土體參數(shù)試驗(yàn)與取值成果，并發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Rock Mechanics and Rock Engineering、《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》等國內(nèi)外優(yōu)秀期刊。 

　　論文鏈接:https://link.springer.com/article/10.1007/s00603-021-02495-y 

　　研究工作為“中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)”項(xiàng)目成果，得到國家自然科學(xué)基金（51779253, 52079133）資助。 

圖1 多功能巖體結(jié)構(gòu)面循環(huán)剪切儀 

圖2 典型循環(huán)剪切試驗(yàn)結(jié)果 

（文/圖 巖土工程抗震組）