-.z.巖石常規(guī)三軸試驗中位移和應(yīng)變測量技術(shù)啞咣嘿1巖石常規(guī)三軸試驗隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟進程，根底設(shè)施的完善，工程建筑的興盛、新型材料的應(yīng)用、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)、環(huán)境保護的倡導(dǎo)。三軸試驗已經(jīng)廣泛應(yīng)用于巖土工程、建筑材料、地質(zhì)災(zāi)害研究與應(yīng)用等領(lǐng)域。在眾多的三軸試驗當(dāng)中，常規(guī)三軸壓縮試驗是最為根底也是應(yīng)用最為廣泛的試驗。特別在巖土工程領(lǐng)域，巖石三軸試驗承當(dāng)著邊坡穩(wěn)定、巷道(隧道)圍巖維護等與巖石品質(zhì)密切相關(guān)的科學(xué)研究和工程應(yīng)用的重任。1.1常規(guī)三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗通常分為常規(guī)三軸壓縮試驗〔又稱假三軸壓縮試驗〕和真三軸壓縮試驗，其中前者的試樣處于等側(cè)向壓力的狀態(tài)下，而后者的試樣處于三個主應(yīng)力都不相等的應(yīng)力組合狀態(tài)下。一般情況下巖石所處環(huán)境中水平方向壓力相當(dāng)，只有豎直方向上存在較大差異，本文所討論的是常規(guī)三軸壓縮試驗。常規(guī)三軸試驗用圓柱或棱柱試件進展測試，試件放在試驗艙中軸線處，通常使用油實現(xiàn)對試件側(cè)向壓力的施加，用橡膠套將試件與油隔開。軸向應(yīng)力由穿過三軸室頂部襯套的活塞通過淬火鋼制端面帽蓋施加于試件之上。通過貼在試件外表的電阻應(yīng)變片可以測量局部的軸向應(yīng)變和環(huán)向應(yīng)變[1]。根據(jù)"工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)"[2]中的三軸壓縮試驗為強度試驗。由不同側(cè)壓條件下的試件軸向破壞荷載計算不同側(cè)壓條件下的最大主應(yīng)力QUOTE，并根據(jù)最大主應(yīng)力QUOTE及相應(yīng)施加的側(cè)向壓力QUOTE，在QUOTE/D_Dd__________????________________D_Dd__________?e??_試驗機的開展由早期簡單的籃子盛有重物加載到杠桿系統(tǒng)加載再到液壓加載，經(jīng)歷了近5個世紀(jì)。20世紀(jì)30年代到60年代，人們在為增加壓力機的剛度而努力，直到出現(xiàn)了液壓伺服技術(shù)，并結(jié)合提高試驗機的剛度才形成了可以繪制材料全應(yīng)力-應(yīng)變曲線較為成熟的技術(shù)[3]。1.2液壓三軸試驗機圖1-1三軸試驗機試驗艙剖面圖在采用液壓私服技術(shù)的三軸試驗中，應(yīng)變片導(dǎo)線穿過密封橡膠套筒、試驗液、以及帶隔塞的實驗艙。該方法雖然可行，但其試驗艙的組裝相對復(fù)雜。為簡化試驗操作，Hoek,E.和Franklin等人[04]在1968年對三軸試驗機的試驗艙局部進展了重新設(shè)計，其三軸試驗機如下列圖1-1所示。圖1-1三軸試驗機試驗艙剖面圖圖1-2橡膠密封機制圖1-1中，貼有雙向應(yīng)變片的圓柱形巖石試件被包裹在橡膠套筒中，橡膠套筒兩端為U型。端部U型橡膠套筒的密封機制見圖1-2。試件及套筒位于在鋼制圓筒形試驗艙中心，實驗艙上下兩端設(shè)有開孔蓋帽。油填通過輸油孔將套筒和試驗艙間空隙填滿并施加油壓。試件、壓板以及應(yīng)變計導(dǎo)線都可以插入試驗艙進展試驗，試驗后可以在不破壞試驗艙密封條件的情況下取出試件。具體試驗步驟見圖圖1-2橡膠密封機制b組裝試驗艙a將套筒插入試驗艙b組裝試驗艙a將套筒插入試驗艙c將液壓油充滿試驗艙c將液壓油充滿試驗艙f進展常規(guī)三軸試驗ef進展常規(guī)三軸試驗e插入球形支座d插入試件〔包括應(yīng)變片〕g試驗后取出巖石試件g試驗后取出巖石試件圖1-3圖1-3三軸試驗步驟示意圖h拆解試驗艙〔試件變形大〕2三軸試驗變形測量相比于單軸試驗，三軸壓縮試驗中巖石試件被包裹在橡膠套中且受到側(cè)向油壓，應(yīng)變片則夾在試件于乳膠套筒中間，其導(dǎo)線通過圖1-2中試驗艙的底蓋與加壓裝置間的縫隙連接到試驗艙外部的數(shù)據(jù)接收裝置，這就是傳統(tǒng)三軸試驗中變形測量的困難所在。除了應(yīng)變片式應(yīng)變計外，土和巖石的三軸壓縮試驗中還采用諸如LVDT局部應(yīng)變傳感器、圖像測量系統(tǒng)等測量技術(shù)。這些測量技術(shù)各有其優(yōu)點，測量技術(shù)的豐富也使得三軸試驗的變形測量更加方便準(zhǔn)確。2.1應(yīng)變片2.1.1應(yīng)變片原理應(yīng)變片于1938年先后由EdwardE.Simmons和ArthurC.Ruge各自獨立地創(chuàng)造出來。一般地，應(yīng)變片〔見圖2-1〕由絕緣基片與金屬敏感柵組成。應(yīng)變片需要使用正確的粘合劑與物體相連接，比方502膠水。當(dāng)被測部件受外力變形時，敏感柵也隨之變形，因此敏感柵的電阻值會產(chǎn)生相應(yīng)的變化。一個典型的應(yīng)變片，其主測試方向為水平方向。敏感柵外部的標(biāo)記線便于粘貼時應(yīng)變片對齊所測應(yīng)變方向。圖圖2-1應(yīng)變片應(yīng)變片很好地利用了導(dǎo)體的物理特性和幾何特性。當(dāng)一個導(dǎo)體在其彈性極限受外力拉伸時，其不會被拉斷或產(chǎn)生永久變形而會變窄變長，這種形變導(dǎo)致了其端電阻變大。相反，當(dāng)一個導(dǎo)體被壓縮后會變寬變短，這種形變導(dǎo)致了其端電阻變小〔如圖2-2所示〕。通過測量應(yīng)變片的電阻，其覆蓋區(qū)域的應(yīng)變就可以演算出來。應(yīng)變片的敏感柵是一條窄導(dǎo)體條曲折排列成的一組平行導(dǎo)線，這樣的布置方式可將基線方向的微小變形累積起來以形成一個較大的電阻變化量累計值。應(yīng)變片的測量對象只有其所覆蓋區(qū)域的變形量，足夠小的應(yīng)變片可在諸如有限元式的應(yīng)力分析當(dāng)中使用。圖2-2應(yīng)變片變形示意圖應(yīng)變片測量的計算公式如下：式中：QUOTED_DdQUOTE_D_Dd__________ee??__________________________——電阻變化值；QUOTE_____圖2-3惠斯登電橋為了測量QUOTE/_QUOTE,而QUOTE是通過惠斯登電橋測得的,電橋如圖2-3,其作用是將電橋的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓輸出。電阻QUOTE、QUOTE、QUOTE、QUOTE構(gòu)成電橋的四個橋臂,它們可用應(yīng)變片代替。其中兩個對角AC為供橋端，供應(yīng)直流電壓VAC來表示，另兩個對角BD為輸出端，輸出電壓用UBD來表示。工作時只有兩個相鄰橋臂電阻發(fā)生變化的稱為半橋接法，四個橋臂電阻均發(fā)生變化的稱為全橋接法。圖2-3惠斯登電橋當(dāng)采用半橋接法時，輸出電壓為：電橋的平衡條件為QUOTE=0，一般的電阻應(yīng)變儀都設(shè)計為等比電橋，即：QUOTE，所以電橋的原始狀態(tài)是平衡的。當(dāng)測量的構(gòu)件受力作用時，構(gòu)件的變形使粘貼于上的電阻應(yīng)變片QUOTE也跟著變形而產(chǎn)生電阻的變化。如AB橋臂上QUOTE這個電阻應(yīng)變片〔簡稱工作片〕，它從QUOTE變化為QUOTE+QUOTE_(____)/(____)_//_/(/)_D_Dd_由于應(yīng)變測量時，電阻變化率甚小,QUOTE_/當(dāng)采用全橋接法時，輸出電壓為：設(shè)等臂電橋的QUOTE______________________QUOTE、QUOTE、QUOTE、QUOTE，QUOTE則可近似認(rèn)為：故應(yīng)變儀器讀數(shù)：2.2.2應(yīng)變片選擇及布置在進展三軸試驗的設(shè)計時，需要選擇適宜該試驗的應(yīng)變片，選擇應(yīng)變片的步驟如下：〔1〕首先根據(jù)應(yīng)用精度、環(huán)境條件選擇應(yīng)變計的系列；〔2〕根據(jù)試件大小尺寸、粘貼面積、曲率半徑、安裝條件、應(yīng)變梯度選擇敏感柵柵長；〔3〕根據(jù)應(yīng)變梯度、應(yīng)力種類、散熱條件、安裝空間、應(yīng)變計電阻等選擇敏感柵構(gòu)造；〔4〕根據(jù)使用條件、功耗大小、最大允許電壓等選擇標(biāo)稱電阻；〔5〕根據(jù)試件材料、工作溫度圍、應(yīng)用精度選擇溫度自或彈性模量自補償系數(shù)；〔6〕根據(jù)彈性體的固有蠕變特性、實際測試的精度、工藝方法、防護膠種類、密封形式等選；〔7〕根據(jù)實際需要選擇應(yīng)變計的引線連接方式。圖2-4棱柱試件應(yīng)變片布置這里以K.HAYANO和T.SATO等人對軟質(zhì)泥巖的三軸壓縮試驗為例，試件為棱柱體，尺寸為QUOTED_Dd__________????________________D_Dd____圖2-4棱柱試件應(yīng)變片布置豎向應(yīng)變片一對，長80mm長；側(cè)向應(yīng)變片三對，長60mm。從上述文獻不難看出，豎直方向的應(yīng)變片長度長于側(cè)向，這是由于試件的截面尺寸為80mmQUOTE80mm，在選擇側(cè)向應(yīng)變片的時候應(yīng)變片長度不單要小于截面80mm，還需要預(yù)留出一段距離便于應(yīng)變片的粘貼。而相試件的軸向尺寸兩倍于側(cè)向尺寸，選擇柵長較長的應(yīng)變片能夠覆蓋更大的測量圍，即使得測得的數(shù)據(jù)更加反響應(yīng)變的平均值。此外，雖然試件的兩對側(cè)面均布置了應(yīng)變片，這是為了沿試件高度方向均勻布置側(cè)向應(yīng)變計，這樣能通過三對側(cè)向應(yīng)變片采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)反響試件不同高度處的變形情況。該試驗為常溫下的三軸試驗，對于高地應(yīng)力的巖石試件進展試驗時，往往需要對試件在高溫高壓的環(huán)境下的物理力學(xué)性能做出評測，這時需要應(yīng)變片能夠在高溫環(huán)境下保持一定的敏感度并穩(wěn)定工作。圖2-5加圍壓應(yīng)變測量結(jié)果2.2.3圖2-5加圍壓應(yīng)變測量結(jié)果根據(jù)曉紅等人[6]的研究，在進展試件實測時一般只記錄加軸向壓力后巖樣的變形情況，有時也記錄加圍壓過程中巖石的應(yīng)變,但資料并不理想,常常無法利用。如圖2-5所示，理論上來說試驗中無論是軸向應(yīng)變還是橫向應(yīng)變都是壓縮應(yīng)變，且與圍壓成正比關(guān)系。但實測情況下，加圍壓時，有時記錄得到的是拉伸變形即c線；有時記錄到壓縮變形后又變成拉伸變形即b線。而且每次試驗中壓縮、拉伸應(yīng)變值也都不一樣。這種復(fù)雜的結(jié)果常常使得加圍壓過程中應(yīng)變的測量資料無法利用。加圍壓前加圍壓后圖2-6加圍壓前后應(yīng)變片變化通過顯微鏡對加壓前后應(yīng)變片變形的情況〔圖2-6〕進展比照，不難發(fā)現(xiàn)，在加壓之前，應(yīng)變片非常平坦；加圍壓后，應(yīng)變片上了一些下凹的小坑，坑的直徑約為1mm左右。不同的應(yīng)變片受到圍壓作用后，其上坑的數(shù)量、大小和分布各不一樣。進一步用顯微鏡直接觀察經(jīng)過加工后的巖樣外表,發(fā)現(xiàn)巖樣外表上存在著許多小坑,不管加工多么仔細(xì)(甚至經(jīng)過無心磨床研磨)巖石外表的礦物顆?？傆袠O少量的脫落,從而在外表上形成一些小坑,坑的直徑與礦物顆粒直徑接近,深度約0.1~0.3mm不等。因此，當(dāng)我們把一片平坦的應(yīng)變片貼在巖樣外表時，由于圍壓的作用，應(yīng)變片會局部逐漸地被壓入巖樣外表的小坑。由于小坑深度有限，大多數(shù)情況下，應(yīng)變片不會被壓斷，而是出現(xiàn)了永久變形。雖然巖樣受到了壓縮，但這種實際上被加長的應(yīng)變片記錄得到的卻是拉伸應(yīng)變?？梢赃@樣來理解，加圍壓過程中的應(yīng)變測量結(jié)果:應(yīng)變片記下的應(yīng)變反映了兩種結(jié)果,一種是巖樣的變形,而另一種是應(yīng)變片本身形狀變化(這種變化與圍壓大小有關(guān))。由于巖樣外表小坑情況很復(fù)雜,有時有小坑,有時又沒有,有時小坑多,有時小坑少。因此,在加圍壓過程中應(yīng)變片形狀變化也是不確定和難以預(yù)測的。通過對巖樣預(yù)先施加一定的圍壓值，再卸掉圍壓至零，再重新增加圍壓。如此當(dāng)圍壓到達預(yù)先施加的圍壓值之前，應(yīng)變片的永久變形不會再發(fā)生變化了，此時應(yīng)變測量的結(jié)果則完全表示了巖樣在圍壓下的變形情況。但如果巖石試件需要到達較高的應(yīng)力狀態(tài)甚至破壞階段，則在圍壓值到目標(biāo)應(yīng)力值的區(qū)段仍舊會包含應(yīng)變片本身的變形影響。2.2LVDT局部應(yīng)變傳感器LVDT〔LinearVariableDifferentialTransformer〕是線性可變差動變壓器縮寫，屬于直線位移傳感器?？梢灾苯釉谠嚇由蠝y量軸向和徑向小應(yīng)變，是一款優(yōu)質(zhì)的位移傳感器。局部應(yīng)變傳感器又分為軸向應(yīng)變測量裝置和徑向局部應(yīng)變傳感器兩種，如圖2-7所示。軸向應(yīng)變測量徑向局部應(yīng)變測量圖2-7LVDT位移傳感器2.2.1LVDT傳感器原理圖2-8LVDT位移傳感器原理LVDT圖2-8LVDT位移傳感器原理2.2.2LVDT傳感器特點〔1〕無摩擦測量LVDT的可動鐵芯和線圈之間通常沒有實體接觸，也就是說LVDT是沒有摩擦的部件。它被用于可以承受輕質(zhì)鐵芯負(fù)荷，但無法承受摩擦負(fù)荷的重要測量。〔2〕無限的機械壽命由于LVDT的線圈及其鐵芯之間沒有摩擦和接觸，因此不會產(chǎn)生任何磨損。〔3〕無限的分辨率LVDT的無摩擦運作及其感應(yīng)原理使它具備兩個顯著的特性。第一個特性是具有真正的無限分辨率。這意味著LVDT可以對鐵芯最微小的運動作出響應(yīng)并生成輸出。外部電子設(shè)備的可讀性是對分辨率的唯一限制。〔4〕零位可重復(fù)性LVDT構(gòu)造對稱，零位可回復(fù)。LVDT的電氣零位可重復(fù)性高，且極其穩(wěn)定?！?〕軸向抑制LVDT對于鐵芯的軸向運動非常敏感，徑向運動相對遲鈍?！?〕鞏固耐用制造LVDT所用的材料以及接合這些材料所用的工藝使它成為鞏固耐用的傳感器。即使受到工業(yè)環(huán)境中常有的強大沖擊、巨幅振動，LVDT也能繼續(xù)發(fā)揮作用。鐵芯與線圈彼此別離，在鐵芯和線圈壁間插入非磁性隔離物，可以把加壓的、腐蝕性或堿性液體與線圈組隔離開。這樣，線圈組實現(xiàn)氣密封，不再需要對運動構(gòu)件進展動態(tài)密封。對于加壓系統(tǒng)的線圈組，只需使用靜態(tài)密封即可。〔7〕環(huán)境適應(yīng)性LVDT是少數(shù)幾個可以在多種惡劣環(huán)境中工作的傳感器之一。用不銹鋼外殼的密封型LVDT可以置于腐蝕環(huán)境或類似液氮的低溫環(huán)境以及核反響堆主平安殼高達550℃的高溫環(huán)境?！?〕輸入/輸出隔離LVDT被認(rèn)為是變壓器的一種，因為它的勵磁輸入〔初級〕和輸出〔次級〕是完全隔離的。LVDT無需緩沖放大器，可以認(rèn)為它是一種有效的模擬信號計算元件。在高效的測量和控制回路中，它的信號線與電源地線是別離開的。如上所述，LVDT具有諸多卓越的品質(zhì)。它的主要限制是，為得到線性性能，傳感器的外殼要比行程長，還有輸出信號對輸入被測量存在一定的非線性。采用專門的調(diào)節(jié)技術(shù)，可以改良行程對外殼的長度比和非線性問題，其中一個技術(shù)就是增加微控制器進展校正。LVDT具有良好的重復(fù)性，這一技術(shù)是可行的?；谝陨系膬?yōu)點，LVDT測量技術(shù)為工程界廣泛采用，在諸如GDS、GCTS等公司生產(chǎn)的三軸試驗機的組成介紹中都可以看到。2.3數(shù)字圖像測量數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)是一種采用圖像追蹤并配準(zhǔn)以準(zhǔn)確對圖像進展二維或者三維測量的光學(xué)方法。常用于科學(xué)工程領(lǐng)域的變形、位移、應(yīng)變等的測量。該方法是一種通過圖像相關(guān)點進展比照的算法，可計算出物體外表位移及應(yīng)變分布，〔圖形中用紅色標(biāo)出〕。整個測量過程，只需以一臺或兩臺圖像采集器，拍攝變形前后待測物圖像，經(jīng)運算后3D全場應(yīng)變數(shù)據(jù)分布即可一目了然。不像應(yīng)變片需花費大量時間做外表的磨平及黏貼，同時也只能測量到一個點*個方向的應(yīng)變數(shù)據(jù)。也不像條紋干預(yù)法對環(huán)境要求嚴(yán)格。DIC方法獲得的數(shù)據(jù)為全場圍的3D數(shù)據(jù)。DIC用于分析、計算、記錄變形數(shù)據(jù)。采用圖形化顯示測量結(jié)果，便于更好地理解和分析被測材料的性能。系統(tǒng)識別測量物體外表構(gòu)造的數(shù)字圖像，為圖像像素計算坐標(biāo)，測量工程的第一個圖像表示為未變形狀態(tài)。在被測物體變形過程中或者變形之后，采集連續(xù)的圖像。系統(tǒng)比擬數(shù)字圖像并計算物體紋理特征的位移和變形。該系統(tǒng)特別適合測量靜態(tài)和動態(tài)載荷下的三維變形，用于分析實際組件的變形和應(yīng)變[11]。2.3.1三軸試驗中的數(shù)字圖像技術(shù)〔1〕數(shù)字圖像相關(guān)圖像處理方法在三軸試驗中應(yīng)用相對較少，原因在于三軸壓力室的圓筒形狀會導(dǎo)致較大的圖像畸變。20世紀(jì)90年代末NASA資助的太空工程中，Alshibli等[7]將3個CCD攝像機應(yīng)用于干砂三軸剪切試驗中的變形觀測，并結(jié)合CT機重構(gòu)了試樣的三維形態(tài)。瑞士Philippe等[8]將2個CCD攝像機分別放置在試樣的正面和側(cè)面〔夾角90°〕，通過提取試樣輪廓信息來計算體變。圖2-9試驗圖像采集裝置N.Lenoir等人[10]在對泥質(zhì)巖進展的三軸壓縮試驗中，用*射線微斷層攝影得到試件的完整3D圖像，并通過DIC〔DigitalImageCorrelation〕數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)進展處理。試驗中的圖像采集設(shè)備如圖2-9圖2-9試驗圖像采集裝置試驗裝置包括一個小的三軸試驗艙和一個針對黏土和泥質(zhì)巖的*射線微斷層攝影而設(shè)計的加載裝置。其中三軸試驗裝置同典型的常規(guī)三軸試驗裝置一樣，但其尺寸更小以及試驗艙的側(cè)壁為了滿足*射線的透射的需要以及10MPa的圍壓及艙液壓帶來的拉應(yīng)力的強度要求。軸向荷載和應(yīng)力誤差通過位移量進展控制。加載系統(tǒng)局部受到*射線的直接照射，為了不影響對試件微裂縫的掃描，這一局部的加載裝置非常致密且輕。試驗所使用的*射線束為白色光束具有最高的光子通量可用，并通過一個11極擺動產(chǎn)生的。值得注意的是光束通過硬件濾除了低能量光子，這就防止了硬化。在此研究中使用的*射線能量圍為50-70kV，允許穿過試驗艙側(cè)壁去，圍壓液體和樣品〔圖2-10所示〕。該光學(xué)系統(tǒng)包括一個將*射線轉(zhuǎn)換為可見光的熒光屏、一個單倍物鏡和一個1024QUOTE〖〗^_______________________________________________________________________________________QUOTE。視圖領(lǐng)域?qū)?4mm，3.65mm厚，能夠?qū)υ嚰M展覆蓋式掃描。在每次掃描時，系統(tǒng)對261個連續(xù)薄片同時進展記錄。如此一疊薄片合起來成為試件的一個局部。整個試件〔直徑10mm，高20mm〕由六局部組成，其掃描完成時間不超過15min。這些3D子圖像連接成一個代表全樣本大型圖像，包括橡膠外套。其像素尺寸通常為925QUOTEDPAGE***DdPAGE***PAGE***PAGE***PAGE***圖2-10*射線束穿越試件到熒光屏示意圖〔2〕數(shù)字圖像處理數(shù)字圖形處理DIP〔DigitalImageProcessing〕是利用計算機算法來執(zhí)行數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)處理。作為一個子類別或場的數(shù)字信號處理，數(shù)字圖像處理擁有許多優(yōu)點模擬影像處理。它允許被應(yīng)用到輸入數(shù)據(jù)更廣圍的算法和可防止的問題，例如在處理過程中的噪聲和信號失真的積聚。由于影像通過二維〔或許更多〕中所定義的數(shù)字圖像處理可以以的形式進展建模多維系統(tǒng)。在P.Gachet和F.Geiser等人[12]的試驗中，研究人員采用自動數(shù)字圖像處理技術(shù)以進展實踐在三軸試驗中體積變化的測量。具體布置如圖2-11所示，將數(shù)字?jǐn)z像機固定在距離三軸試驗艙一定距離的位置，在試驗過程中按照設(shè)定的變化間隔時差進展拍照，使用輪廓技術(shù)提取時間的體積進而進展體積應(yīng)變的測量。通過一個剛性試件的體積與其圖像進展比對設(shè)計系統(tǒng)的校正程序。圖2-11數(shù)字圖像設(shè)備布置2.3.2圖像測量技術(shù)特點邵龍?zhí)逗凸鶗韵嫉热薣9]將數(shù)字圖像測量技術(shù)應(yīng)用于實驗室常規(guī)土工三軸試驗中，解決了常規(guī)土工三軸試驗傳統(tǒng)變形測量中的一系列難題，克制了傳統(tǒng)變形測量技術(shù)存在的缺陷和缺乏，為土工三軸試驗提供了一種新的、更為準(zhǔn)確和有效的應(yīng)變測量手段。應(yīng)用數(shù)字圖像測量技術(shù)可以實現(xiàn)變形過程的非接觸直接測量，不擾動土樣的變形，除了具有較高的測量精度外，還具有以下優(yōu)點：〔1〕可以同步測量多斷面的徑向變形和多段土體的軸向變形,可以直接測量土樣的任一局部變形;〔2〕既適用于小變形測量也適用于大變形測量;〔3〕體積變形測量不受土樣飽和程度的限制，可以直接用于非飽和土樣的變形測量;〔4〕實時保存變形圖像，可以在試驗完畢后重新觀察和分析整個試驗過程;〔5〕除了需要對壓力室作適當(dāng)改良外，可以直接應(yīng)用于任何常規(guī)三軸試驗儀。2.3.3圖像測量技術(shù)應(yīng)用難點目前對于數(shù)字圖像技術(shù)多為土材料相關(guān)的試驗所使用，其原因主要在于土三軸試驗中圍壓值一般遠低于巖石三軸試驗。而圍壓值的大小對于三軸試驗儀中試驗艙側(cè)壁的材料選擇起到重要作用，即巖石三軸儀中試驗艙側(cè)壁的強度應(yīng)遠大于土三軸試驗。在滿足試驗艙側(cè)壁強度的根底之上，還需要滿足允許數(shù)字圖像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，如文獻[10]中側(cè)壁滿足*射線的穿透且其致密程度、密度等特性應(yīng)當(dāng)與被測試件相區(qū)別開來。而在實際情況下，巖石材料一般構(gòu)造致密且密度較大，滿足巖石三軸試驗圍壓要求的側(cè)壁多為金屬材料，構(gòu)造致密程度及密度稍大于巖石，這就給數(shù)據(jù)處理上帶來了很多困難。所以當(dāng)前采用圖像測量技術(shù)進展巖石三軸試驗主要針對泥質(zhì)巖這一類強度較弱的巖石，其常規(guī)三軸壓縮試驗的性質(zhì)也更接近于土三軸試驗。如果材料領(lǐng)域能夠研制處滿足高強度要求的輕質(zhì)、密封性好材料，圖像測量技術(shù)在巖石三軸壓縮試驗中的困難將迎刃而解。圖像測量技術(shù)也會將三軸壓縮試驗帶上新的高度。結(jié)論與展望〔1〕在巖石常規(guī)三軸壓縮試驗的變形測量方面，以應(yīng)變片和LVDT兩種位移傳感器為主，而數(shù)字圖像測量技術(shù)由于試驗艙側(cè)壁材料等因素限制，尚不成熟；〔2〕相比于土三軸壓縮試驗，巖石三軸壓縮試驗的變形測量約束條件更多，因而開展較慢；〔3〕對于一般環(huán)境下的巖石常規(guī)三軸試驗，選擇應(yīng)變片進展變形測量更為經(jīng)濟；〔4〕對于例如高溫高壓下的常三軸試驗，或者傳感器與試件接觸造成的影響不容忽略時，選擇LVDT傳感器一般能夠滿足要求；〔5〕在被測巖石試件強度較低時，可以考慮用改良的土三軸試驗機及數(shù)字圖像技術(shù)進展變形測量。測量變形的傳感器技術(shù)總體向著滿足無接觸、全方位、準(zhǔn)確化、便捷等方面開展。這使得關(guān)于巖石的承載力、變形特性等方面的研究更加真實而全面。引用文獻[1]王鷹鵬,汪令輝.兩種不同巖石在三軸壓縮條件下的變形實驗[J].中國礦山工程,2013,10〔5〕:8-11[2]GBT50266-2013.工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[S].中國方案,2013[3]牛學(xué)超,慶喜,岳中文.巖石三軸試驗機的現(xiàn)狀及開展趨勢[J].巖土力學(xué),2013,2[4]Hoek.E,ranklin.J.A.Asimpletria*ialcellforfieldandlaboratorytestingofrock[K].Trans.InstnMin.Metall.1968,77,A22-26[5]K.Hayano,T.Sato,F.Tatsuoka.Deformationcharacteristicsofasedimentar