在深部資源開采、大型水電工程建設(shè)、核廢料地質(zhì)處置以及地震機(jī)理研究等領(lǐng)域，一個核心科學(xué)問題始終擺在面前：巖石在地下復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境下究竟會如何變形和破裂？傳統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)備往往只能模擬簡單的應(yīng)力狀態(tài)，而巖石真三軸儀的出現(xiàn)，則如同一臺精密的“數(shù)字鉆頭”，能夠穿透地表的迷霧，在實(shí)驗(yàn)室中精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)地球深部復(fù)雜的三維應(yīng)力世界，為我們解碼巖石的力學(xué)行為提供了強(qiáng)大工具。
傳統(tǒng)巖石力學(xué)試驗(yàn)中，常規(guī)三軸儀雖能施加軸向壓力和圍壓，但其圍壓在各個方向上是均等的（σ?=σ?），這與地下深處三個主應(yīng)力（σ?>σ?>σ?）通常各不相同的真實(shí)狀態(tài)相去甚遠(yuǎn)，因此被稱為“偽三軸”試驗(yàn)。巖石真三軸儀的革命性突破，就在于能夠獨(dú)立、精確地控制試樣在三個互相垂直方向上的主應(yīng)力。它通常通過三對（或更多）獨(dú)立的加載液壓缸，對立方體巖石試樣的六個面施加獨(dú)立的載荷，從而真正實(shí)現(xiàn)了σ?、σ?、σ?的任意組合與加載路徑模擬。這種能力，使得實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)力狀態(tài)無限逼近地質(zhì)現(xiàn)實(shí)。
一臺現(xiàn)代巖石真三軸儀是一個集機(jī)、電、液、聲于一體的復(fù)雜系統(tǒng)。其核心是一個高剛度的壓力室，內(nèi)部配備獨(dú)立的加載板和伺服液壓控制系統(tǒng)，能夠以微米級的精度控制加載位移和應(yīng)力速率。更關(guān)鍵的是，它是一個多物理場信息采集平臺。在加載過程中，高精度聲發(fā)射系統(tǒng)可以實(shí)時捕捉巖石內(nèi)部微破裂產(chǎn)生的“微震”信號，定位裂紋的萌生與擴(kuò)展；內(nèi)置或外置的超聲波或聲波探頭可以監(jiān)測波速變化，反演巖石內(nèi)部的損傷演化；這些信息協(xié)同工作，讓研究人員不僅能看到“結(jié)果”，更能洞察“過程”。
巖石真三軸儀的應(yīng)用價值直接面向國家重大工程需求。在深部金屬礦和煤炭開采中，它被用于研究巷道圍巖在復(fù)雜應(yīng)力下的巖爆機(jī)理，為預(yù)測和防治巖爆災(zāi)害提供理論依據(jù)。在大型水電站和隧道工程中，它幫助評估高邊坡和洞室群的長期穩(wěn)定性。在二氧化碳地質(zhì)封存和核廢料處置領(lǐng)域，它通過模擬深部地層的應(yīng)力狀態(tài)，研究蓋層和儲層的密封性與長期完整性，確保有害物質(zhì)被安全地“鎖”在地下。此外，在地震科學(xué)研究中，它通過模擬斷層帶的應(yīng)力加載過程，為理解地震的孕育、發(fā)生和前兆現(xiàn)象提供了寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 隨著人類工程活動不斷向地球深部拓展，對巖石真三軸儀也提出了更高的要求。未來的發(fā)展方向?qū)⒕劢褂?ldquo;高溫高壓”與“智能化”。通過集成加熱系統(tǒng)，設(shè)備將能模擬數(shù)千米深處的“高溫高壓”真實(shí)環(huán)境，研究熱-力-流多場耦合下的巖石行為。同時，結(jié)合人工智能和大數(shù)據(jù)分析，試驗(yàn)系統(tǒng)將具備更強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)和預(yù)測能力，能夠根據(jù)實(shí)時采集的聲發(fā)射、應(yīng)變等數(shù)據(jù)，智能預(yù)測巖石的失穩(wěn)破壞模式，成為真正意義上的“智慧實(shí)驗(yàn)室”。
