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巖石全應力多場耦合三軸實驗儀

簡要描述:

巖石全應力多場耦合三軸實驗儀

深部巷道、隧道動力災害物理模擬試驗系統

地下煤巖層三軸試驗裝置

真三軸動靜載荷試驗系統

真三軸巖石剪切滲流試驗系統

大尺度(du)煤體非均布加載(zai)

巖石全應力多場耦合三軸實驗儀

深部巷道、隧道動力災害物理模擬試驗系統

地下煤巖層三軸試驗裝置

真三軸動靜載荷試驗系統

真三軸巖石剪切滲流試驗系統

大尺度煤體非均布加載

巖石全應力多場耦合三軸實驗儀

試驗(yan)試樣尺寸為150mmx150mmx500mm,通(tong)過(guo)全數(shu)字(zi)閉(bi)環控(kong)制(zhi)系統(tong)對煤體不同位置(zhi)的(de)載(zai)荷進行調整,仿真內(nei)、外(wai)應力場,同時(shi)記錄(lu)初始煤樣應力顯現特征,后(hou)續加載(zai)時(shi)通過記錄(lu)的加載(zai)信(xin)息(xi)對煤樣進行自動施壓。全(quan)數宇閉環控(kong)制系統可以自動校正指令信(xin)號與反饋信(xin)號之(zhi)間的誤差,以便于在(zai)進行測量時(shi)如實地重新加載(zai)的模式。

巖層剪切試驗

設備法向加載強(qiang)度(du)(du)為(wei)60MPa,圍壓為(wei)20MPa。設備可(ke)以(yi)實現不(bu)同(tong)硬(ying)度(du)(du)巖層(ceng)剪切(qie)試驗(yan),在實驗(yan)室定(ding)量確(que)定(ding)抗拉強(qiang)度(du)(du)等力學(xue)特(te)(te)(te)性,分析頂板初(chu)次來壓或(huo)周期來壓特(te)(te)(te)征;同(tong)時,可(ke)驗(yan)證采場內、外應(ying)力變化(hua)過程,確(que)定(ding)不(bu)同(tong)巖層(ceng)強(qiang)度(du)(du)裂(lie)斷特(te)(te)(te)征。

技術參數

項目

參數

煤體試樣尺寸(cun)(mm)

500×150×150

橫(heng)向壓力(MPa)

20

橫向加載(zai)點

3個(ge)/每側(計6個(ge))

橫向(xiang)行程(mm)

200

橫(heng)向單點加載力(kN)

500

力值精度

≤±0.5%F.S

位移(yi)測量精度(mm)

≤±0.5%F.S

保載精度(du)

≤±0.5%F.S

主機剛度(du)

10MN/mm

法向壓力(Mpa)

60

法向加(jia)載點(dian)

5

法向(xiang)行程(mm)

200

法向單點加載力(kN)

900

力值分辨率(kN)

0.002

位移測量分(fen)辨率(mm)

0.002

真三軸動靜載荷試驗系統整體由:軸向加載框架、法向加載機構、高壓水滲流系統、試驗盒、微控系統及數據采集系統、聲學系統、伺服系統等組成。在試件側向方向上,試驗臺有3類可控邊界條件:恒定側向應力、恒定側向位移和恒定側向剛度。在試件垂向方向上平行裂隙剪切方向,可施加垂向應力、位移和滲透壓力。在上述邊界和荷載條件下可進行一下幾項試驗

●裂隙剪切滲透試驗
●裂隙閉合應力-滲透耦合試驗
●裂隙剪切應力-滲透耦合試驗
●底板巖層結構組合的水壓裂隙擴展模擬試驗
●破碎巖體高壓水滲流試驗
●裂隙巖石高壓水致裂試驗
●底板巖體的剪切滲流流變試驗

系統的特點

   真三軸加載框架包括三個獨立加載液壓缸、主機四柱反力架、力傳感器、位移傳感器、球角加載壓頭等。主機采用四柱結構形式,兩個側向加載液壓缸橫向垂直固定在反力架上,力傳感器安裝在活塞上。
     垂向加載機構包括加載油缸、力傳感器、位移傳感器等。控制系統采用HENGLEXINGKE全數字伺服控制器,具有多個測量通道,每個測量通道可以分別進行荷載、位移、變形等的單獨控制或幾個測量通道的聯合控制,而且多種控制方式間可以實現無沖擊轉換。在EDC中可以設置一個剛度控制通道,將根據測量得到的側向應力與側向變形計算的試件側向剛度值作為控制參數反饋給EDC控制輸出通道,這樣就可以實現常側向剛度控制。
     高壓水滲流系統包括:滲透加壓系統、伺服電機和控制器、EDC測控器。該系統可以實現多級可控的恒滲透壓力和滲透流量控制。在試驗盒的出水口設置一套壓力傳感器、流量測量裝置和穩壓裝置,并在EDC控制系統軟件中設置一個壓差控制通道,來測量進口壓力和出口壓力的差值,實現試驗盒進、出口滲透壓力差的閉環控制。而且可以實現穩態和瞬態滲透壓力控制。
 剪切試驗盒內部尺寸為400 mm(高壓水滲透方向)×200 mm(滲透寬度)×200 mm(側向)。

     實現單軸(zhou)(zhou)及三軸(zhou)(zhou)壓縮條件下具有不同化學(xue)溶液流速的(de)巖石破裂全過程中細觀(guan)(guan)宏(hong)觀(guan)(guan)觀(guan)(guan)測(ce)(ce)與(yu)全自(zi)動數(shu)(shu)字記錄,研制(zhi)全數(shu)(shu)字控制(zhi)電液伺(si)侯細觀(guan)(guan)加載系(xi)統、化學(xue)和流體力學(xue)系(xi)統,引(yin)進觀(guan)(guan)測(ce)(ce)系(xi)統。(改進觀(guan)(guan)測(ce)(ce)系(xi)統,能夠深層次觀(guan)(guan)測(ce)(ce)裂縫擴展的(de)細觀(guan)(guan)和宏(hong)觀(guan)(guan)現象,手段可(ke)以采(cai)(cai)用強(qiang)光照(zhao)射(she)、帶有顏色的(de)水流、聲波(bo)觀(guan)(guan)測(ce)(ce)系(xi)統或者采(cai)(cai)用自(zi)身(shen)導電的(de)模擬(ni)材料(liao))

系統的技術要求
通過三軸試驗系統,實現對結構面裂縫擴展的實際物理過程進行監測,研究在孔隙水壓作用下的單向裂縫滲流特性和斷層帶裂隙采動擴展特性,研究水壓、流量在裂隙、斷層中的擴展特性,求解滲流參數。研究在開采擾動作用下裂縫、結構面等貫通突水在突水口附近的動力學特性,研究結構面粗糙度對滲流特性的影響度,研究裂縫擴展方向對煤層底板隔水層阻水性能的影響。通過實驗分析,研究在深部煤層開采流固耦合的非線性特性,修正darcy定律,考慮其二次項的影響,研究巖體滲流與采動應力耦合機理和底板導水通道的活化擴展特性。

系統的創新點

水壓加載系統,水壓要求5Mpa及相關穩壓系統
軸壓與圍壓加載的穩壓系統
試件單向裂縫的預制工具
高水壓的密封技術
觀測試件流量和水壓技術
結構面粗糙度的量化和預制技術
裂縫出水口水量和宏觀現象觀測技術
數據數字采集系統研制

設備參數

垂直加載

側向1加載

側向2加載

加載力: 1600kN

加載力:1000kN

加(jia)載力:500kN

加載精(jing)度:<±0.1%F.S

加載精度:<±0.1%F.S

加載精度:<±0.1%F.S

加(jia)載速率:0.1kN/s-100kN/S

加(jia)載率:0.1kN/S-100kN/S

加載(zai)速率:0.1kN/S-100kN/S

加載分辨率:0.1kN

加載分辨率:0.1kN

加(jia)載分辨率:0.1kN

行(xing)程(cheng):400mm

行程:200mm

行程:400mm

位移量程:500mm

位(wei)移量(liang)程(cheng):500mm

位移量程:500mm

位(wei)移精(jing)度:<±0.1%F.S

位移精度:<±0.1%F.S

位(wei)移精度:<±0.1%F.S

位移分(fen)辨(bian)率:0.1mm

位(wei)移分辨(bian)率(lv):0.1mm

位(wei)移分(fen)辨率:0.1mm




水壓加載

聲學系統


水壓:5MPa

通道:8個


注水精度:0.01MPa

定位方式:三維(wei)


流(liu)量:0-2mL/s

信號幅度(du):0-300dB


保(bao)壓(ya)時間:7d

信(xin)號采集:彈性波轉電壓信(xin)號


試樣(yang)尺寸(mm):200*200*400

整(zheng)機重量 25000kg


液壓伺服系統(tong)



系統壓(ya)力:20MPa



額定(ding)功(gong)率:4.5kw



額定電壓:380v



保壓(ya)時(shi)間:7d















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