20 MN大尺寸岩体三向五面试验系统研制与应用

摘要

为扩展高应力条件下大尺寸岩体类材料力学特性研究,中南大学和上海华龙测试仪器有限公司联合研制YJW–20000S型微机控制电液伺服三向五面加载试验系统,该试验系统能够实现大尺寸岩体试样的动静组合加载、单面及多面卸载测试,用以模拟在岩爆等复杂应力条件下岩体的力学行为。通过对400 mm×400 mm×400 mm的类岩试样进行真三轴疲劳扰动加卸载试验及三向五面试验,结果表明试验系统能够满足功能及准确可靠性的要求。基于该试验系统开展400 mm×400 mm×400 mm和400 mm×400 mm×800 mm两种大尺寸花岗岩的单轴压缩试验研究,分析大尺寸花岗岩试样的应力–应变曲线特征、应力阈值、尺寸效应和端部效应。结果表明:大尺寸花岗岩的4个应力阈值分别为初始微裂纹和微孔隙闭合应力(0.37σ_(c))、新生裂纹起裂应力(0.54σ_(c))、损伤应力(0.73σ_(c))、峰值强度(σ_(c)),试验结果与小尺寸花岗岩的理论预测结果相一致;大尺寸花岗岩试样的单轴抗压强度值比基于尺寸效应规律得到的理论值更小;端部效应导致试样侧面横断面上的轴向应变呈现沿中心向两边逐渐减小的规律,并低于试样中部的轴向应变值;靠近试样侧面中心纵断面上,距离端部越远轴向应变值越小;靠近侧面的边界面上,距离端部越远轴向应变值反而越大。该系统为深入研究大尺寸岩体试样在复杂应力环境下的力学行为提供了一种可靠的技术。