高應力超高應力土工試驗儀器

目前非常多的儀器能夠進行高應力水平和超高應力水平下的測試。氣體或是粉末的測試應力水平能從幾十個GPa到幾十個TPa，這些測試主要在于研究材料對平面波荷載的響應。而材料的強度相對于如此高的應力水平是微不足道的。因此當涉及材料力學性能測試，并且對試樣的平均尺寸也有要求時，那么就只有為數不多的儀器可以勝任。

目前美國已經研制出可用于超高應力試驗研究的試驗儀器^[1]，比如美國LawrenceLivermore國家實驗室、Los Alamos以及Sandia國家試驗室均可以開展應力范圍高達1~4Gpa的試驗研究，但是試樣直徑多需小于25mm；而美國陸軍工程研究發展中心的Waterways試驗站(WES)可以完成直徑達到50mm的試樣，最大至lGpa的試驗研究。WES研制出一系列可以進行高應力條件下排水、不排水試驗的不同儀器：

在100MPa應力水平的有動力高壓三軸剪切儀DHT (圖1，Ehrgott and Sloan 1971)、孔壓單軸應變儀PPUX (圖2，Akers, Reed, and Ehrgott 1986) 以及靜態高壓三軸剪切儀HPTX (圖3，Akers, Reed, and Ehrgott 1986)。這些儀器可以做到最大圍壓達100MPa、考慮動態控制側壓及軸向壓力、同時測量各種變形量的排水和不排水試驗。在600MPa應力水平的有WES 6-kbar靜態剪切試驗儀(圖4)，與靜態高壓三軸剪切儀HPTX類似。1GPa應力水平的儀器有目前正處在研發階段的兩臺WES系列試驗裝置(圖5，6)。能夠準靜態或動態的加載速率下對圓柱狀試樣進行測試。這些設備是在概念上類似于DHT和SECO加載機(圖1)。

國內巖土工程學者也開發研制了適用于高應力試驗的試驗儀器^[2]，其中中國礦業大學深部巖土力學與工程國家重點試驗室就先后研制了最大壓力可達30MPa的DRS-1型超高壓直殘剪試驗系統(圖7)和最大固壓20MPa及試樣最大尺寸可達300mm×600mm (直徑×高度)的土高壓動靜態三軸儀，并且已取得了一系列的研究成果。

參考文獻：

[1] Two-Dimensional Finite Element Analysis of Porous Geomaterials at Multikilobar Stress Levels[D]

[2] 商翔宇. 不同應力水平深部粘土力學特性研究[D].中國礦業大學,2009.