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多功能岩石真三轴力学试验系统

作者:四川德翔科创仪器有限公司分享:
        对工程岩体进行现场试验是对其力学行为进行深入研究的重要手段。深部岩体的受力及其作用过程所属的力学系统不再是浅部工程所属的线性力学系统,其力学行为与加载过程有十分密切的关系。然而,目前常规的岩体力学试验系统均不能反映深部岩体的这种与加载过程有关的力学行为。为此,本文作者研制了一种能模拟不同加载过程,对深部岩体的力学行为进行深入研究的试验系统,该系统的研制具有十分重要的理论意义和现实意义。
        工程岩体的受力状态在实际工程中是十分复杂的。在洞室和边坡工程中,除洞室和边坡表面外,其余各点均处于三向受力状态。此外,随着边坡开挖和洞室掘进的进行,各点的受力状态也在不断改变。因此,研究工程岩体的力学性质,仅仅采用单轴拉、压试验是远远不够的。目前广泛采用的常规三轴或真三轴仪虽然比单轴试验前进了一大步,但也不能全面、真实地反映工程岩体的受力状态。因为这 2 种试验的结果虽然考虑了三向受力的情况,但 3 个主应力均为压力,没有考虑主应力为拉力的情况。在实际工程中,某些点主应力出现拉应力是客观存在的,也是比较危险的,如地下洞室的拱顶;当埋深很大时,在巨大的竖向压力作用下,环向应力就有受拉的可能。因此,研制一套能对工程岩体进行复合应力试验的真三轴仪,据以对工程岩体在拉压、拉剪复合状态的强度特性、本构关系和施工过程中的应力状态进行深入研究,不仅具有很高的学术价值,而且具有重要的工程意义。为此,根据何满潮教授提出的真三轴软岩非线性力学试验方法的构思,中国矿业大学(北京校区)岩土工程研究所与中国人民解放军总参工程兵科研三所和黑龙江科技学院合作共同研制了一套能模拟不同加载过程的试验系统,其不仅能对工程软岩进行常规的单向拉压、剪切、三向压缩试验,还能进行拉压及多种组合试验。该系统具有荷载精度高、摩擦损失小、一机多用等特点。目前已投入使用并取得了较好的试验结果,可为深入研究深部开采条件下工程软岩的力学行为提供了新手段。

1.主要结构:采用锻造钢的高刚度回字形拼装结构
最大轴向力:50000KN
最大框架刚度:10.8MN/mm
最大加载频率:20Hz

2.高温高压三轴压力室
结构:压力室采用自平衡设计,采用一键密封技术;
内置高温高压电气接口:60芯
内置5000KN载荷传感器
密封技术:耐高温220°C高压220MPa
温控:-10-150°C
锻造承压筒:承压240MPa
试件尺寸:直径50~150mm,高度100~300mm,方形试件最大100×100×100mm

3.轴向伺服作动器
主要由伺服油缸、液压伺服阀和位移传感器等组成,用于执行控制器的命令,控制负载的力、位移、速度和方向,同时反馈给控制器信号采用一体化设计,具有具有耐高压、运动阻尼小、使用温度范围广、承载能力强、无爬行等特点。
 
4.功能
单轴压缩全应力应变试验/动态循环试验
三轴压缩全应力应变试验/动态循环试验
高温高压试验
岩石流变试验
巴西劈裂试验
声发射试验
水压致裂试验
真三轴复合路径全应力应变试验
真三轴岩爆卸载试验
渗流试验
直剪/变角剪试验。
后续可根据要求进行自定义路径试验等。

5.技术参数
轴向主应力方向,最大加载载荷5000KN,精度0.5%FS;
第二主应力,加载最大120MPa,精度0.5%FS;
小主应力,加载最大应力60MPa,精度0.5%FS;
满足常规圆柱形试件:直径50-150mm,100-300mm;立方体试件100mm³;
静态控制精度0.5%FS,三向动态扰动控制精度1%FS;
温度控制范围:-10-150°C。
压力舱高温高压贯穿引线:60芯,耐温度-20-200°C,压力200MPa;
能进行复杂应力路径静态三轴试验(一个试验能进行应力,位移,轴向和径向引伸计组合控制试验,得到完整的单轴和三轴全应力应变试验。);
能进行三向动态扰动真三轴试验,轴向主应力单向激振最大频率为20HZ;其它两个方向最大单独激振频率为8HZ; 三向同时复合激振频率为最大5HZ;相位可在一个周期内进行调节。
控制器具有双核CPU频率1.33GHz,内存2Gb,存储4Gb,PC通讯支持高速USB2.0接口两个,两个以太网1Gbps通讯速率自适应RJ45网络接口。闭环控制速率四个通道最高同时达到10KHZ,数据最高采样率达到10KHZ。控制器能直接外接U盘、移动硬盘、SDHC卡,能将数据直接存储在控制器外接设备中;同时数据也能同时存储在电脑PC中。数据双重保险,防止电脑死机后,数据的丢失,从而保证数据的完整性和安全性。控制器独立于工控PC机进行工作,能长时间稳定运行。电脑死机后,无影响实验过程及数据采集分析统计。

6.特点
压力室全自动一键密封,无需人工紧固螺丝;
动静闭环伺服控制,可以进行应力/载荷/位移控制及任意切换控制,并能捕捉试样破坏后的峰值后曲线;
多重保护,过载/过压/过热/误操作自动保护;
轴向/径向变形测量装置安装快捷,操作简单,测量精确;
压力室全自动注入介质,无需手动操作,试验完成后自动排液;
载荷传感器采用压力室内置的方式,消除摩擦力影响,提高轴向载荷测量精度;
控制器预留端口,后期升级方便。