岩土工程实验室调研.docx

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岩土工程实验室调研

国内岩土工程实验室调研

（一）国家级重点实验室

（1）岩土力学与工程国家重点实验室（中科院武汉岩土所）

概况

实验室依托于中国科学院武汉岩土力学研究所，以中国科学院岩土力学重点实验室为基础，吸纳湖北省环境岩土工程重点实验室的骨干力量而组建，2007年1月获得国家科技部的立项批准，2007年10月国家科技部批准实验室的建设计划。

葛修润院士任实验室学术委员会名誉主任，谢和平院士任实验室学术委员会主任，冯夏庭研究员任实验室主任。

研究内容

 实验室定位于岩土力学与工程的应用基础研究。

主要研究内容针对国家重大基础工程建设、资源开采和石油、天然气、核废物地下储存（处置）以及CO2地中隔离的战略需求和岩土力学与工程学科前沿，围绕“重大岩土工程基础设施建设与环境协调”以及“能源及废弃物地下储存与环境安全”两大重大战略性研题和“复杂环境下岩土介质力学性状及其在工程作用下的演化机制”长期科学计划，开展岩土体力学特性及岩土工程的安全预测与调控方法和技术研究，揭示多场、多相及复杂环境条件下岩土体的力学特性的演变特征，解决国家重大基础工程建设、资源开采以及石油、天然气、核废物地下储存及CO2地中隔离中的安全、经济和环境协调问题。

组织框架

实验室以中国科学院岩土力学重点实验室为基础，结合本所有关研究力量，并吸收国内外优秀人才，实行全面的优化组合和学科交叉。

大型试验设备

数字式全景钻孔摄像系统

大型现场室内两用直剪仪

钻孔测斜仪

专业型高速地质透视仪

RPT3真三轴岩石渗流仪

RT3岩石高压真三轴压缩仪

GPS边坡（滑坡）变形监测系统

DISP声发射测试系统

RMT150C岩石力学试验系统

应力－水流－化学耦合过程中岩石全破裂过程的细观力学试验装置

煤岩吸附－渗透－力学耦合特性测定仪

RDT－10000型岩石高压动三轴实验系统

钻孔弹模实验系统

双联动软岩渗流-应力耦合三轴流变仪

爆破振动监测系统

大型岩土工程模型试验机

动三轴试验系统

岩石高温高压蠕变仪

CFM常流速试验系统

三轴剪力仪

资质与认证

铁路工程基桩检测单位资质证

建设工程质量检测机构资质证

测绘资格证书

工程勘察甲级

地质灾害治理工程设计甲级

地质灾害治理工程勘查甲级

计量认证合格证书

ISO9001质量管理体系认证证书

（2）中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室（徐州）

概况

深部岩土力学与地下工程实验室依托中国矿业大学岩土工程、工程力学国家重点学科，防灾减灾工程及防护工程、地球探测与信息技术等省部级重点学科建设。

2008年5月获准启动建设，隶属于工程科学学科领域。

现任实验室学术委员会主任为中国工程院院士钱七虎教授，实验室主任为缪协兴教授。

研究内容

实验室围绕研究与解决深部岩土力学与地下工程重大基础理论和关键技术难题这一总体目的，以

（1）深部岩体力学与围岩控制理论、

（2）深部土力学特性及其与地下工程结构相互作用、（3）深厚表土人工冻结理论与工程应用基础以及（4）深部复杂地质环境与工程效应等四方面为主要研究内容。

构成以深部为研究背景；以深部复杂地质环境、岩土体、冻土体为研究对象；以高围压、高水压、高气压、开挖卸荷、动力为荷载特征；以深部地质环境精细探测、深部岩土体与结构稳定、深部岩体热效应及利用为学术研究目标；从宏观（环境、构造）到中观（破碎、节理、裂隙、界面），到细观（结构、颗粒、水），再到多相（固、液、气）、多场（温度场、渗流场、应力场）的系统的具有深部、地下特色的研究体系。

大型设备

实验室现有场地近7000m2，固定资产7400余万元，大型仪器设备50台件。

获“211工程”、“985”优势学科创新平台建设项目5000多万元专项资助，已初步构建了深部岩体力学特性及基本理论试验系统，深部土、冻土力学性质及基本理论试验系统、深部岩土工程物理模拟试验系统、深部岩体工程原位检测试验系统、试验研究测试分析系统、数值模拟与分析系统等六大试验研究系统。

拥有包括MTS、GDS等国际尖端设备，购置和研发了一系列自制设备，可开展深部岩石力学与土力学领域的相关基础研究和技术服务。

规划建设中的重点实验室新的研究基地占地40余亩，建筑面积达到12500m2。

为实验室的科学和可持续发展奠定了基础。

组织机构

（3）成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室

概况

地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室依托成都理工大学，实验室是1989年由国家计委、国家教委批准，在原“工程地质”国家重点学科点基础上建立的国家专业实验室。

实验设备

本实验室的12个试验室集中了实验室的主要仪器设备，为固定和客座研究人员提供试验研究条件和保障服务。

12个试验室总体技术手段和仪器设备具有20世纪90年代以来的国际先进水平，部分仪器代表了目前这一领域的最高水平，仪器设备总台（套）数为1907，总值为3600.4万元人民币，加上正在安装调试的大型离心机、大型多功能泥石流模拟系统和地质灾害信息管理与大规模计算平台后总值为4890.9万元，其中50万元以上的大型精密仪器设备或系统17台套。

主要由三部分组成：

第一部分用于地质灾害的现场勘测与监测，包括最新的彩色三维激光扫描测量系统、SIR-20地质雷达、Trimble-GPS仪和全套现场大型原位试验装置等；第二部分主要用于岩土体力学特性参数测试和物性参数分析，是试验室硬件条件的主要部分，包括在引进消化基础上开发的多功能岩石参数综合测试系统、MTS土动三轴试验系统、GDS非饱和土三轴试验系统、岩石流变仪、土体流变仪、土体大三轴仪、大型岩石高压渗透试验系统及扫描电子显微镜等大型试验装置；第三部分是用于地质灾害分析、评价及预测的数值模拟系统、物理模拟系统和“3S”技术系统。

以上三大部分构成一个较为系统完整的试验测试体系，为实验室的开放研究和高层次人才培养提供强有力的支撑条件。

组织机构

（4）冻土工程国家重点实验室（中国科学院寒区旱区环境与工程研究所）兰州

概况

冻土工程国家重点实验室依托中国科学院寒区旱区环境与工程研究所。

由国家计委和中国科学院批准于1989年开始筹建。

1990年9月，对外开放。

1992年，通过国家验收，是唯一的国家级冻土工程研究与应用单位。

实验室拥有先进的仪器设备、科学的管理制度和一支高素质的科研、技术队伍，是我国冻土学研究及人才培养中心，在国际冻土学术界占有重要的位置。

现任实验室主任为程国栋院士，学术委员会主任为王思敬院士。

研究领域

实验室学术方向为研究土、岩等介质冻融过程及相关的力学、物理、化学和生物作用特性、机理和模式，及其在解决工程、环境与资源问题上的应用。

实验室的主要研究内容：

（1）基础研究：

冻融土、岩的力学性质和工程特性；活动层过程；未冻水动力学；质、热、力耦合过程；寒区化学、生物作用；

（2）寒区工程与环境问题研究：

寒区环境工程地质评价和预测；工程结构与冻土之间的相互作用及其监测与调控；冻害防治措施及寒区建筑材料；寒区岩土工程稳定性及可靠性；冷能综合利用；寒区资源探索；

（3）测试与低温应用技术：

室内及现场试验测试技术，人工冻结（融化）应用理论体系和技术。

实验室

实验室拥有30万元以上主要仪器设备18台（套），分布在7个检测室。

室内占地面积3864平方米，其中恒温面积1000平方米。

（二）部属重点实验室

（1）水利部岩土力学与工程重点实验室（武汉）

概况

水利部岩土力学与工程重点实验室是水利部首批重点实验室，依托单位为长江水利委员会长江科学院，是在长江科学院岩基研究所、土工研究所、爆破与振动研究所基础上，于2006年优化整合而成。

　　本重点实验室的岩石力学、土力学及工程爆破专业具有五十多年的研究历史，承担完成了三峡、南水北调、丹江口、葛洲坝、隔河岩、水布垭、构皮滩、彭水、乌东德、锦屏、溪洛渡、瀑布沟、白鹤滩、向家坝等100多个大中型工程中的岩石力学、土力学和工程爆破研究工作，承担了国家科技攻关、国家自然科学基金及省部级科研项目100余项。

近五年来，获得国家级和省部级科技奖励30余项，主编和参编国家与行业标准20余部，出版专著20余部。

研究方向

本重点实验室业务范围是水利水电工程及相关行业中的岩土力学理论及工程应用技术研究。

拥有岩石力学性质与本构关系、工程岩体力学特性、地应力与工程物探、岩土工程数值仿真、工程岩体加固、土的工程特性、地基与基础处理、渗流与地下水环境、环境岩土工程、工程爆破与安全防护、水工结构振动与工程抗震、岩土工程安全监测、岩土工程物理模拟等学科。

（1）岩石与土基本性质与理论 

　　包括：

岩土基本物理力学特性，复杂条件下岩土特性与本构关系，岩土动力特性，特殊土的力学特性，土工合成材料力学特性，复杂岩体宏观力学参数等。

（2）现场试验与监测 

　　包括：

现场岩土体强度与变形特性试验，岩体地应力场测试与分析，河床深厚覆盖层的原位测试，岩土工程质量无损检测及地质缺陷探测，岩土工程安全监测与评价等。

（3）数值模拟和计算分析 

　　包括：

水电工程坝基、地下洞室及边坡工程稳定性分析与安全评价，高土石坝应力变形与稳定性数值分析，岩土工程渗流场模拟与渗流控制，岩土工程动力分析与抗震技术，非连续变形数值方法，污染物迁移数值模拟与控制，区域地下水模拟与利用等。

（4）岩土物理模型试验技术 

　　包括：

大型岩土工程动静物理模型试验，大型岩土离心模型试验，水工结构力学模型试验，水工结构流激振动模型试验等。

（5）岩土工程加固及处理 

　　包括：

地基与基础处理技术，岩土锚固技术与作用机理，新型湿磨超细水泥浆材制备技术，高渗透压力条件下注浆堵漏材料与技术，土工合成材料加固机理与应用，岩土加固结构体系健康诊断与控制等。

（6）工程爆破与安全评价 

　　包括：

复杂条件下岩体爆破特性，水电工程精细爆破技术，爆破地震效应及爆破动力仿真技术，大型危岩体爆破卸载技术，爆破安全与环境控制标准等。

（7）工程咨询 

　　包括：

病险水库安全鉴定和加固处理，深基坑及软基处理，地质灾害评估与防治，水利工程环境效应研究与评价等。

大型实验设备

本重点实验室拥有MTS和RMT岩石三轴试验系统、岩石高应力流变试验系统、土工大型平面应变仪、GDS非饱和土三轴仪、高压力大流量渗透变形试验系统、大型土工离心机、岩土CT可视化试验系统、爆破效应微型测试系统、深孔解除与水压致裂法地应力测试系统、探地雷达、TSP200地质超前预报系统等齐全的室内与现场试验、测试与监测设备；拥有ABAQUS、MARC、ANSYS、FLAC、KEY-BLOCK、GMS、MLAEM、LS-DYNA、DDA、NMM、S3D、US3D等大型商业及自主开发软件，以及并行计算机、服务器、工作站等高性能计算机系统。

（2）同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室（上海）

概况：

2007年2月由教育部正式批准在同济大学立项建设。

该重点实验室集中体现了同济岩土学科在国内的突出地位、应用基础研究和理论创新能力以及广泛的国际影响力。

研究方向涵盖：

软土渐进破坏理论与变形控制、环境土工学与多场耦合效应、复杂环境下隧道及地下工程的安全控制理论以及数字岩土与地下工程及防灾减灾理论。

本重点实验是两个国家重点学科岩土工程和结构工程（地下结构）开展科研工作的重要基地；直接依托的学科涵盖隧道及地下建筑工程、地基基础工程、城市工程地质和环境地质以及港口航道与海岸工程。

实验平台

重点实验室下设岩矿实验室、岩石三轴试验室、岩石物理试验室、土动力学实验室、岩体力学实验室、岩土力学微观分析室、原位检测室、港工实验室、地下结构实验室、土工实验室、水环境试验室、岩石流变试验室、土流变试验室等。

实验室面积为3500平方米，已投入建设经费4000万人民币，设备总价值3000万人民币（其中具有国际进水平的仪器设备原值不低于2000万人民币）。

（1）土体力学特性与基础理论试验平台

技术主任：

张陈蓉

涵盖设备：

空心圆柱多功能剪切仪、土体流变三轴仪、GDS循环三轴仪、土体真三轴仪、GDS应力路径三轴仪、GDS非饱和土三轴仪、大型接触面剪切仪、压汞仪、CKC循环三轴仪、共振柱、土体气体渗透仪、非饱和土高压固结仪、GDS表面波仪

（2）岩体力学特性与基础理论试验平台

技术主任：

俞松波

涵盖设备：

INSTRON岩石试验机、岩石双轴流变仪、岩体剪切试验机、岩石渗流应力耦合试验机

（3）软土工程物理模型试验平台

技术主任：

马险峰

涵盖设备：

TJL-150岩土离心机、各类软土模型槽

（4）隧道结构与岩体地下工程物理模型试验平台

技术主任：

俞松波

涵盖设备：

岩体地下工程物理模型试验系统、盾构管片接头试验系统、地下结构服役性能试验系统

（5）岩土及地下工程数字化试验平台

技术主任：

李晓军

涵盖设备：

岩土及地下工程数字化实验室各类设备和软件

研究方向

研究工作在岩土流变理论、损伤与渐进性破坏理论、节理岩体破坏力学、饱和多孔介质土动力学、地面沉降控制理论、动态施工反馈方法、岩土力学数值新方法、岩土工程智能化及信息化技术、城市地下空间开发与利用技术等多个领域处于国际先进水平，并积极与上海及全国各地重大土建工程相结合。

主要的研究方向分为以下几个：

（1）土体渐进破坏理论与软土工程变形控制

（2）土体宏细观理论与软土工程动力灾变

（3）非饱和土多场耦合理论与工程地质灾害控制

（4）地下工程安全理论与风险控制

（5）城市地下空间规划、防灾及数字化

实验设备

本重点实验室目前拥有的主要仪器和设备：

岩土离心机、土体三轴流变试验机、岩石双轴流变试验机、非饱和土三轴试验系统、共振柱仪、波流水槽、三轴剪切仪、岩体剪切试验机、K0试验仪、微型湿度量测系统、土壤气体渗透仪、旁压试验仪、扁铲侧胀试验仪、无电缆多功能探头、声波检测仪、表面波试验系统、图像分析系统、数显显微硬度计、紫外可见分光光度计、台式PH/电导/溶解氧测定仪、红外水中油测定仪、总有机碳分析仪、QYI改进型渗压仪、全自动气压固结仪、土体动三轴试验仪、土体真三轴试验仪、Instron岩石压力机等，主要仪器和设备简介如下。

（1）TLJ-150复合型岩土离心机

仪器功能：

可进行岩土工程中地基的固结沉降、各类浅深基础承载力、桩基的施工及对其周边的影响、边坡稳定性、高填土稳定及变形、各类挡土墙稳定性、深基坑开挖、隧道开挖及掘进模拟、大坝设计及施工、各类地下结构及土工结构抗震等众多岩土工程问题的模型试验研究。

主要参数：

①离心机能力：

150g-t；　　　

②最大加速度：

200g；

③有效旋转半径：

3.0m；　　　

④机械手：

能进行桩基施工、基坑开挖以及隧道开挖方面的模拟；

⑤激振器：

50g的离心力场中，可以产生最大20g的振动加速度。

（2）土体三轴流变试验机

仪器功能：

可进行一定围压下恒定压力的蠕变试验和恒定应变下的应力松弛试验，并且在恒定压力时实施低频的动荷载。

根据实验的需要，可同时采集压力、变形、孔隙水压或排水流量等数据。

主要参数：

①最大轴向力：

10kN；

②最大围压：

2000kPa；

③最大孔隙水压：

0～2000kPa；

④最大变形：

20mm；

⑤连续工作时间大于500小时。

（3）岩石双轴流变试验机

仪器功能：

可进行岩石、混凝土在双轴压缩条件下的蠕变、剪切试验、单向拉伸蠕变试验，亦可进行应力松弛试验。

岩石流变试验机出力稳、精度高、实验数据可靠。

主要参数：

①垂直出力：

压缩500kN，拉伸250kN；　　　

②水平出力：

压缩300kN；　　　

③变形测量范围：

3mm；　　　

④具有2小时不间断电源；　　　

⑤连续工作时间：

大于500小时；　　　

⑥试件尺寸：

100×100×100mm；200×200×200mm。

（4）非饱和土三轴试验系统

仪器功能：

可采用轴平移方法控制土中吸力，并进行确定非饱和土（饱和土）强度特性参数的控制应力或应变的三轴压缩试验。

主要参数：

①最大轴力：

7kN；　　　  

②最大围压：

1700kPa；　　　  

③试样直径：

38mm，高76mm；

④配套应用软件：

数据采集模块、渗透试验模块、固结试验模块、标准三轴试验模块、高级加荷模块、非饱和土三轴试验模块。

（5）共振柱仪 

仪器功能：

共振柱仪可进行软土的动剪切模量、动弹性模量、阻尼比等参数实验。

主要参数：

①围压：

0～0.7MPa；

②应变范围：

10-6～10-4。

（6）波流水槽    

仪器功能：

可进行波流共同作用下泥沙运动实验，研究河口海岸泥沙运动机理，波浪在浅水中的传播，水下建筑物局部冲刷、水下边坡稳定以及参数确定。

主要参数：

①规模：

长42m，宽0.8m，深1.25m；

②可造波周期0.5~5s，最大波高30cm；

③可双向造波，最大流量0.3m3/s；

④能完成恒定流和非恒定流；径流、波流以及径流迭加波流；水流结构及泥沙输移规律等实验。

（7）三轴剪切仪

仪器功能：

本试验机可进行软土的无侧限抗压强度、不固结不排水剪、固结不排水剪（测孔隙水压力）、固结排水剪等实验项目。

主要参数：

①试样直径3.91cm，试样高度8cm；

②压力范围0～800kPa。

（8）岩体剪切试验机

仪器功能：

可进行两种不同规格试件的剪切试验；岩体、结构面的直剪或摩擦试验等。

主要参数：

①轴向最大荷载500kN；

②最大水平荷载1000kN；

③位移量测范围轴向20mm，水平50mm；

④试件尺寸400×400×400mm，200×200×200mm。

（9）K0试验仪

仪器功能：

可进行静止侧压力系数K0值的测试。

主要参数：

①土样面积30cm2，试样高度4cm；

②轴向最大压力1000kPa，侧向最大压力500kPa。

（10）微型湿度量测系统

仪器功能：

可用于量测非饱和土中相对湿度，进而获得吸力值。

主要参数：

①CR7湿度仪；　　　  

②RS232接口，可与计算机连接实现数据自动采集；

③可同时监测40个湿度量测探头传递的信号。

（11）土壤气体渗透仪

仪器功能：

本渗透仪可借助GDS气体（水）压力控制器实现流体压力和体积的控制与量测，并施加不同竖向荷载使土样固结以获得不同孔隙比，从而测定土壤的气体（或水）的渗透性。

主要参数：

①试样面积30cm2，高2cm；　　　  

②土样最大固结压力1500kPa，渗透压力1000kPa；

③允许试样最大变形10mm。

（12）旁压试验仪

仪器功能：

测定土体的临塑压力和极限压力，评价地基土的承载力；估算土的旁压模量、旁压剪切模量、侧向基床系数等。

主要参数：

①PM-1A型直径50mm，测试深度30m；　　　  

②PM-2型直径90mm，测试深度50m；　　　  

③试验成孔由钻机完成。

（13）扁铲侧胀试验仪

仪器功能：

利用气压使扁铲测头上的膜片膨胀，获取土体压力与变形之间的关系，进行土层的划分；估算静止侧压力系数、水平基床系数、粘性土的不排水抗剪强度和土的压缩模量；判别地基土的液化等。

主要参数：

①适用于粘土、粉土和松散至中密砂土；　　　  

②测试深度30m。

（14）无电缆多功能探头

仪器功能：

测定锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力、钻孔倾斜度和钻孔深度等参数，进行土层划分、土类鉴别；估算土的塑性状态、密实度、强度、压缩性、地基承载力、单桩承载力、沉桩阻力以及液化判别等，并依据孔压消散曲线确定土的固结系数与渗透系数。

主要参数：

①电动机械式贯入仪，最大动力100kN，贯入深度40m；

②多功能探头的测量参数，最大锥尖阻力30kN，最大侧壁摩阻力5kN；

③自动采集5路数据，可绘制各类曲线。

（15）声波检测仪

仪器功能：

岩石、混凝土以及非金属材料的声波波速检测；岩体破碎程度、混凝土的浇捣质量、桩基的完整性等检测。

主要参数：

①触发方式，内触发、外触发、信号触发；

②采样周期：

0.1μS～6553.5μS；

③增益：

自动00.1～10000倍；

④发射电压：

300V、800V。

（16）表面波试验系统

仪器功能：

测定各类地基土剪切波速（软土量测深度约10m），通过剪切波速评价地基土的特性。

主要参数：

①稳态激振器：

0～100Hz/600N；　　　  

②Windows版数据采集和分析系统；　　　  

③检波器2Hz。

（17）图像分析系统

仪器功能：

具透射光、反射光两种功能，获取显微镜下薄片中的视域图像，分析颜色、结构、构造、成分及其特征，并可系统统计测定各类参数，如长度、宽度、面积比，以及薄片中裂隙、尺寸、密度等几何参数。

主要参数：

①显微镜放大：

50～630倍；　　　  

②LEICAQwin显示系统；　　　  

③LEICA公司的分析软件。

（18）数显显微硬度计

仪器功能：

能对材料渗渡层试件玻璃、陶瓷、玛瑙、宝石等脆性材料显微硬度测试。

可根据需要记录试验力、压痕、硬度值、试验力保持时间等参数。

主要参数：

①放大倍数观察时100倍、测量时400倍；

②试验力分别为0.098、0.246、0.49、0.98、1.96、2.94、4.90、9.80N；　　　  

③自动加卸试验力；　　　  

④试验力保持时间为0～60s；　　　  

⑤测微压痕最小分辨率为0.0625μm；　　　  

⑥试件最大尺寸的高度75mm，宽度95mm。

（19）紫外可见分光光度计

仪器功能：

测定水中COD（化学耗氧量）、Cl-、SO42-、Fe2+、总铁、氨氮、NO3-、NO2-等大多数水质的指标。

主要参数：

①波长范围190~1100nm；　　　  

②波长准确度1nm；　　　  

③波长扫描速度15000nm/s；　　　  

④内置120种分析曲线。

（20）台式PH/电导/溶解氧测定仪

仪器功能：

测定水的酸碱度、电导率、溶解氧浓度和氧化还原电位。

主要参数：

①PH值测量范围0.00～14.00；　　　  

②电导测量范围20～199.9μm；　　　  

③溶氧测量范围0.01～20.00mg/l。

（21）红外水中油测定仪（IPOA-2001）

仪器功能：

测试水中的悬浮、溶解的油份。

主要参数：

①测量范围0.0～1000mg/l；

②最小测量值0.3mg/l。

（22）总有机碳分析仪TOC-VCPH

仪器功能：

测定水中的总有机碳的含量。

主要参数：

①总碳测量范围0～25000；　　　  

②无机碳测量范围0～30000；　　　  

③检测精度4μg/l；

④量程10～2000μl。

（23）QYI改进型渗压仪

仪器功能：

本试验仪采用纯气压加荷，具有一机多用，集压缩渗透于一体，既可用来测定地基土的渗透系数，同时还能测定竖向固结系数。

主要参数：

①试样尺寸面积30cm2，高2cm；

②土样最大固结压力1000kPa，最大渗透压力200kPa；

③允许试样最大变形10mm；

④出力最小感量1kPa。

（24）光电式液、塑限联合测定仪

仪器功能：

可用于自动测定粘性土的液、塑限指标。

主要参数：

①锥重76g，锥角30°；　　　  

②磁铁吸力大于1N；　　　  

③放大倍数10倍；　　　  

④落锥后延时5秒的显示与提示装置。

（25）电动击实仪

仪器功能：

可测定土的最佳含水量和最大干密度等参数。

主