隧道、地下洞群等地下工程多以巖體為賦存介質(zhì)，巖體由結構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，結構面易受到重復荷載作用，強度減弱并發(fā)生剪切，導致巖體沿結構面錯動，進而對地下工程造成破壞，因此研究巖體結構面在循環(huán)荷載作用下的力學特性具有重要意義。然工欲善其事，必先利其器，循環(huán)剪切裝備是研究結構面循環(huán)剪切力學性質(zhì)和破壞機制的重要基礎。

　　針對這一裝備技術問題，在學科方向帶頭人盛謙研究員帶領下，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經(jīng)驗成果，在機架構型、量測系統(tǒng)、試件盒、控制軟件等方面針對循環(huán)剪切工況進行專門優(yōu)化，通過研發(fā)專門的“對頂夾持式構型”等多項技術攻關，成功研制了“多功能巖體結構面循環(huán)剪切儀”，可對巖體結構面試樣開展多項力學試驗，包括結構面法向循環(huán)加卸載試驗、結構面單調(diào)剪切試驗，結構面循環(huán)剪切試驗等。 

　　裝置機構上采用自主創(chuàng)新的雙千斤頂“對頂夾持式構型”，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持力可以自適應設定：在低法向應力下，結構面試樣的破壞較輕，可以設定較低的夾持力，避免試樣夾壞；在高法向應力下，可調(diào)高夾持力，保證結構面在雙向剪切的過程中穩(wěn)固不動，試驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定采集。結合專門為循環(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、三維結構光紋理掃描、光固化成形打印等關鍵試驗技術，共同為研究循環(huán)作用下巖體結構面變形劣化效應與漸進破壞特征提供了重要的裝備基礎?；谶@些裝備與技術，研究團隊已為新疆深埋隧洞工程、滇中引水等數(shù)個重大巖石地下工程提供了巖土體參數(shù)試驗與取值成果，并發(fā)表在學術期刊Rock Mechanics and Rock Engineering、《巖石力學與工程學報》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“中國科學院青年創(chuàng)新促進會”項目成果，得到國家自然科學基金（51779253, 52079133）資助。 

圖1 多功能巖體結構面循環(huán)剪切儀 

圖2 典型循環(huán)剪切試驗結果 

（文/圖 巖土工程抗震組）