巖石全應(yīng)力多場耦合三軸試驗系統(tǒng)
巖石三軸流變試驗系統(tǒng)
深部巷道、隧道動力災(zāi)害物理模擬試驗系統(tǒng)
地下煤巖層三軸試驗裝置
真三軸動靜載荷試驗系統(tǒng)
真三軸巖石剪切滲流試驗系統(tǒng)
大尺度煤體非均布加載系統(tǒng)
巖石全應(yīng)力多場耦合三軸試驗系統(tǒng)
試驗試樣尺寸為“150mmx150mmx500mm”,通過全數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)對煤體不同位置的載荷進(jìn)行調(diào)整,仿真“內(nèi)、外應(yīng)力場,同時記錄初始煤樣應(yīng)力顯現(xiàn)特征,后續(xù)加載時通過記錄的加載信息對煤樣進(jìn)行自動施壓。全數(shù)宇閉環(huán)控制系統(tǒng)可以自動校正指令信號與反饋信號之間的誤差,以便于在進(jìn)行測量時如實地重新加載的模式。
巖層剪切試驗
設(shè)備法向加載強(qiáng)度為60MPa,圍壓為20MPa。設(shè)備可以實現(xiàn)不同硬度巖層剪切試驗,在實驗室定量確定抗拉強(qiáng)度等力學(xué)特性,分析頂板初次來壓或周期來壓特征;同時,可驗證采場內(nèi)、外應(yīng)力變化過程,確定不同巖層強(qiáng)度裂斷特征。
技術(shù)參數(shù)
項目 | 參數(shù) |
煤體試樣尺寸(mm) | 500×150×150 |
橫向壓力(MPa) | 20 |
橫向加載點(diǎn) | 3個/每側(cè)(計6個) |
橫向行程(mm) | 200 |
橫向單點(diǎn)加載力(kN) | 500 |
力值精度 | ≤±0.5%F.S |
位移測量精度(mm) | ≤±0.5%F.S |
保載精度 | ≤±0.5%F.S |
主機(jī)剛度 | 10MN/mm |
法向壓力(Mpa) | 60 |
法向加載點(diǎn) | 5 |
法向行程(mm) | 200 |
法向單點(diǎn)加載力(kN) | 900 |
力值分辨率(kN) | 0.002 |
位移測量分辨率(mm) | 0.002 |
真三軸動靜載荷試驗系統(tǒng)整體由:軸向加載框架、法向加載機(jī)構(gòu)、高壓水滲流系統(tǒng)、試驗盒、微控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、聲學(xué)系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)等組成。在試件側(cè)向方向上,試驗臺有3類可控邊界條件:恒定側(cè)向應(yīng)力、恒定側(cè)向位移和恒定側(cè)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(yīng)力、位移和滲透壓力。在上述邊界和荷載條件下可進(jìn)行一下幾項試驗
●裂隙剪切滲透試驗
●裂隙閉合應(yīng)力-滲透耦合試驗
●裂隙剪切應(yīng)力-滲透耦合試驗
●底板巖層結(jié)構(gòu)組合的水壓裂隙擴(kuò)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(tǒng)的特點(diǎn)
真三軸加載框架包括三個獨(dú)立加載液壓缸、主機(jī)四柱反力架、力傳感器、位移傳感器、球角加載壓頭等。主機(jī)采用四柱結(jié)構(gòu)形式,兩個側(cè)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(jī)構(gòu)包括加載油缸、力傳感器、位移傳感器等??刂葡到y(tǒng)采用HENGLEXINGKE全數(shù)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(jìn)行荷載、位移、變形等的單獨(dú)控制或幾個測量通道的聯(lián)合控制,而且多種控制方式間可以實現(xiàn)無沖擊轉(zhuǎn)換。在EDC中可以設(shè)置一個剛度控制通道,將根據(jù)測量得到的側(cè)向應(yīng)力與側(cè)向變形計算的試件側(cè)向剛度值作為控制參數(shù)反饋給EDC控制輸出通道,這樣就可以實現(xiàn)常側(cè)向剛度控制。
高壓水滲流系統(tǒng)包括:滲透加壓系統(tǒng)、伺服電機(jī)和控制器、EDC測控器。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)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(shè)置一套壓力傳感器、流量測量裝置和穩(wěn)壓裝置,并在EDC控制系統(tǒng)軟件中設(shè)置一個壓差控制通道,來測量進(jìn)口壓力和出口壓力的差值,實現(xiàn)試驗盒進(jìn)、出口滲透壓力差的閉環(huán)控制。而且可以實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)滲透壓力控制。
剪切試驗盒內(nèi)部尺寸為400 mm(高壓水滲透方向)×200 mm(滲透寬度)×200 mm(側(cè)向)。 滲流試驗盒包含了盒體、墊塊、密封材料、加載板等,盒體中頂板、后板、右側(cè)板由高剛度鋼板(SKD11)制成,密封材料采用新型航天硅膠,其既有一定強(qiáng)度、又能承受一定的變形,而且摩擦力比較小,可以很好地隔離高壓水的滲透,在試件左側(cè)和前側(cè)通過加載單元施加獨(dú)立側(cè)向載荷,底部施加垂向載荷和滲透水壓,試件通過密封材料實現(xiàn)在滑動狀態(tài)下仍然保持壓縮密封。通過頂部不同材料墊塊受壓變形量的差異,實現(xiàn)巖塊裂隙左右兩部分的剪切位移。
實現(xiàn)單軸及三軸壓縮條件下具有不同化學(xué)溶液流速的巖石破裂全過程中細(xì)觀宏觀觀測與全自動數(shù)字記錄,研制全數(shù)字控制電液伺侯細(xì)觀加載系統(tǒng)、化學(xué)和流體力學(xué)系統(tǒng),引進(jìn)觀測系統(tǒng)。(改進(jìn)觀測系統(tǒng),能夠深層次觀測裂縫擴(kuò)展的細(xì)觀和宏觀現(xiàn)象,手段可以采用強(qiáng)光照射、帶有顏色的水流、聲波觀測系統(tǒng)或者采用自身導(dǎo)電的模擬材料)
系統(tǒng)的技術(shù)要求
通過三軸試驗系統(tǒng),實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)面裂縫擴(kuò)展的實際物理過程進(jìn)行監(jiān)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(kuò)展特性,研究水壓、流量在裂隙、斷層中的擴(kuò)展特性,求解滲流參數(shù)。研究在開采擾動作用下裂縫、結(jié)構(gòu)面等貫通突水在突水口附近的動力學(xué)特性,研究結(jié)構(gòu)面粗糙度對滲流特性的影響度,研究裂縫擴(kuò)展方向?qū)γ簩拥装甯羲畬幼杷阅艿挠绊?。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(yīng)力耦合機(jī)理和底板導(dǎo)水通道的活化擴(kuò)展特性。
系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)
水壓加載系統(tǒng),水壓要求5Mpa及相關(guān)穩(wěn)壓系統(tǒng)
軸壓與圍壓加載的穩(wěn)壓系統(tǒng)
試件單向裂縫的預(yù)制工具
高水壓的密封技術(shù)
觀測試件流量和水壓技術(shù)
結(jié)構(gòu)面粗糙度的量化和預(yù)制技術(shù)
裂縫出水口水量和宏觀現(xiàn)象觀測技術(shù)
數(shù)據(jù)數(shù)字采集系統(tǒng)研制
設(shè)備參數(shù)
垂直加載 | 側(cè)向1加載 | 側(cè)向2加載 |
加載力: 1600kN | 加載力:1000kN | 加載力:500kN |
加載精度:<±0.1%F.S | 加載精度:<±0.1%F.S | 加載精度:<±0.1%F.S |
加載速率:0.1kN/s-100kN/S | 加載率:0.1kN/S-100kN/S | 加載速率:0.1kN/S-100kN/S |
加載分辨率:0.1kN | 加載分辨率:0.1kN | 加載分辨率:0.1kN |
行程:400mm | 行程:200mm | 行程:400mm |
位移量程:500mm | 位移量程:500mm | 位移量程:500mm |
位移精度:<±0.1%F.S | 位移精度:<±0.1%F.S | 位移精度:<±0.1%F.S |
位移分辨率:0.1mm | 位移分辨率:0.1mm | 位移分辨率:0.1mm |
水壓加載 | 聲學(xué)系統(tǒng) | |
水壓:5MPa | 通道:8個 | |
注水精度:0.01MPa | 定位方式:三維 | |
流量:0-2mL/s | 信號幅度:0-300dB | |
保壓時間:7d | 信號采集:彈性波轉(zhuǎn)電壓信號 | |
試樣尺寸(mm):200*200*400 | 整機(jī)重量 25000kg | |
液壓伺服系統(tǒng) | ||
系統(tǒng)壓力:20MPa | ||
額定功率:4.5kw | ||
額定電壓:380v | ||
保壓時間:7d |