高精度真三轴加载系统的主要功能是在三个相互垂直的方向上独立且精确地控制主应力。与通常简化应力状态的传统测试不同，该系统对 $\sigma_1$、$\sigma_2$ 和 $\sigma_3$ 轴施加不同的载荷，以准确复制地下岩体中发现的复杂现场条件。
通过隔离中间主应力（$\sigma_2$），研究人员可以超越理论近似，观察复杂的应力状态如何实际影响岩石强度、裂缝萌生和破坏扩展。
超越传统近似
标准测试的局限性
在标准三轴测试中，岩石样品通常承受一个围压，其中中间主应力（$\sigma_2$）和最小主应力（$\sigma_3$）相等。虽然这对于一般表征很有用，但这种圆柱对称性简化了真实世界的应力环境。
真三轴的优势
真三轴系统通过实现所有三个主应力的独立控制来消除这一限制。这种能力不仅仅是一种改进，它是一种根本性的测试方法转变，允许模拟深层地质构造中常见的各向异性应力场。
中间主应力（$\sigma_2$）的关键作用
量化峰值强度
该系统的主要科学价值在于它能够量化 $\sigma_2$ 对岩石峰值强度的具体影响。从这些系统中获得的数据表明，中间应力在材料的承载能力方面起着重要作用，这是在更简单的测试中经常被忽略的一个因素。
分析断裂力学
应力状态决定了材料的破坏方式。该系统允许研究人员将特定的应力比与裂缝萌生和扩展路径相关联。理解这些力学对于预测岩石在非对称载荷（例如隧道或钻孔附近的载荷）下的断裂方式至关重要。
理解操作权衡
机械复杂性增加
真三轴系统需要复杂的加载框架和控制算法来同时管理三个独立轴。这种复杂性增加了校准误差的可能性，并且比标准测力计需要更高水平的操作员专业知识。
边界条件挑战
对立方体样品施加独立载荷可能会在加载板和岩石样品之间产生界面摩擦。如果不小心管理，这种摩擦会产生不均匀的应力分布，从而扭曲实验数据。
为您的研究做出正确选择
要确定您的项目是否需要这种级别的精度，请考虑您的具体数据要求：
- 如果您的主要重点是材料的一般分类：标准三轴测试可能就足够了，而且成本更低。
- 如果您的主要重点是深层采矿或隧道掘进：您必须使用真三轴加载来准确模拟影响结构稳定性的各向异性应力状态。
- 如果您的主要重点是断裂扩展分析：独立控制 $\sigma_2$ 对于预测真实的裂缝路径和萌生阈值至关重要。
真三轴测试弥合了实验室近似与地下环境复杂物理现实之间的差距。
总结表：
| 特征 | 标准三轴测试 | 真三轴加载系统 |
|---|---|---|
| 应力控制 | $\sigma_2 = \sigma_3$（围压） | $\sigma_1 \neq \sigma_2 \neq \sigma_3$（独立） |
| 样品形状 | 圆柱形 | 立方体/棱柱形 |
| 应力真实性 | 简化/对称 | 真实/各向异性 |
| 主要应用 | 一般材料分类 | 深层采矿与隧道掘进 |
| 关注领域 | 基本剪切强度 | 断裂力学与峰值强度 |
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参考文献
- Yuan Sun, Jinhyun Choo. Intermediate Principal Stress Effects on the 3D Cracking Behavior of Flawed Rocks Under True Triaxial Compression. DOI: 10.1007/s00603-024-03777-x
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
