新拓三维DIC技术应用于岩石高速压缩力学特性分析

客户需求

研究采矿工程中开挖活动所影响的岩体力学，是采矿工程的重要步骤，它可以指导矿山建设和生产，防止或消除矿山压力及滑坡对生产和安全的危害，改善爆破设计，选择岩石破碎方案及矿体自然崩落的规律。

矿山岩石力学研究的对象是自然岩体，多为不连续面所切割、具有各自异性及非均质性的天然地质，在裂隙及孔隙含水含气的情况下，岩石所呈现的力学性能比较复杂。我国某知名大学矿业研究实验室为研究岩石力学发生破坏的机理，采用岩石高速压缩试验，分析岩石试件的强度、变形特性，为进一步认识和研究岩石力学特性提供数据支持。

检测挑战

矿产常赋存于恶劣的地质环境，必须考虑岩石各种应力的影响。

首先是矿山开采深度大，应考虑岩体自重应力，且矿床会受到近水平方向的巨大地质构造应力的作用。

其次是矿床开采自始至终都存在着矿山岩石力学问题，矿山生产中经常进行爆破，需考虑爆破的动力影响。

最后，矿山的服务年限有限，要求研究周期短，时间紧迫。

传统的岩石高速压缩试验，采用应变片进行应变测量。应变片具有高灵敏度和精度，缺点是偏向于点测量固定方向应变，不能实现全域测量。

如果被测物发生较大范围的变形或断裂，或者是大型的工程面测量，应变片对这些测量任务都无法胜任，无法准确测得应变最大区域。

三维光学测量方案

新拓三维XTDIC三维光学应变测量系统，不仅能满足一般的岩石压缩实验，得到岩石压缩全场应变和位移数据，而且还能满足小试样、大应变量等测试分析全域的应变大小和裂纹扩展跟踪等，大大丰富了岩石压缩测试的手段。

该大学实验室采用相似材料模拟法，模拟岩石性质的相似材料，通过高速压缩试验机加载，采用新拓三维XTDIC系统进行图像采集和数据分析，分析原型岩石在压缩过程中发生的力学现象及过程。

试验在刚性压力试验机上进行，刚性压力试验机由轴向位移和横向位移速率共同控制，设定轴向位移加载速率，以高速的加载速度对岩石试件进行加载。

试验的过程中，新拓三维XTDIC系统同步进行图像采集，由分析软件换算成对应的应力与应变数据传输到系统终端，保证数据的完整与准确。

数据分析

通过本次试验岩样加载结果，绘制并分析其单轴应力-应变试验曲线可知，岩石变形从试验机轴向加载自上而下变形量递减，轴向载荷与变形量呈线性关系。

方案价值

基于岩石高速压缩试验，该大学矿业研究实验室采用新拓XTDIC系统可获取岩石变形特征、应力应变曲线，实现了研究岩石在不同的含水、颗粒、层理、裂隙等状态下其表现的抗压强度、弹性模量和泊松比等。

矿山岩石力学的发展，与采矿工程是密切相联的。岩石力学的研究，对于矿山井巷及采场地压控制，岩爆发生机制及防治，开采井巷保安矿柱造成井巷及地表变形，深凹露天矿山高边坡稳定及加固措施等研究，都是非常有意义的，这些研究对于防止国家资源的损失具有非常实际的应用价值。