高溫高壓下巖體流固耦合剪切試驗系統(tǒng)

斷層雙面滑動實驗平臺

高溫高壓下巖體流固耦合剪切試驗系統(tǒng)

主要用于對50、100、200mm等各種尺寸巖樣，進(jìn)行三軸(兩剛一柔)加載，對高溫高壓下巖體流固耦合剪切特性等復(fù)雜條件下進(jìn)行測試，可用于開展斷層滑動等動載條件下的巖體耦合特性測試。

主要參數(shù):

模型系統(tǒng)的剛度:10GN/m

法向加載能力:2000KN

切向加載能力:2000KN

圍壓壓力:0.1-70MPa

加載速率：0.01-1KN/S

波形加載頻率：0.01-5HZ

滲流泵:0-100MPa

流速：0.001m1-200m//min

煤巖層三軸試驗系統(tǒng)

真三軸力學(xué)試驗系統(tǒng)

巖土工程動靜三軸試驗系統(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)力多場耦合三軸實驗儀

   煤巖層三軸試驗系統(tǒng)，試驗試樣尺寸為“150mmx150mmx500mm”（可訂制），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)

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

       真三軸加載框架包括三個獨立加載液壓缸、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阅艿挠绊憽Ｍㄟ^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

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)

巖石全應(yīng)力多場耦合三軸系統(tǒng)

真三軸動（靜）載荷試驗裝置

巖石全應(yīng)力多場耦合三軸實驗儀                                                                          

真三軸力學(xué)試驗系統(tǒng)

巖土工程動靜三軸試驗系統(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)力多場耦合三軸實驗儀

   真三軸力學(xué)試驗系統(tǒng)，試驗試樣尺寸為“150mmx150mmx500mm”（可訂制），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)

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

       真三軸加載框架包括三個獨立加載液壓缸、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

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)

巖石全應(yīng)力多場耦合三軸系統(tǒng)

真三軸動（靜）載荷試驗裝置

巖石全應(yīng)力多場耦合三軸實驗儀                                                              

真三軸力學(xué)試驗系統(tǒng)

巖土工程動靜三軸試驗系統(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)力多場耦合三軸實驗儀

   真三軸力學(xué)試驗系統(tǒng)，試驗試樣尺寸為“150mmx150mmx500mm”（可訂制），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)

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

       真三軸加載框架包括三個獨立加載液壓缸、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阅艿挠绊憽Ｍㄟ^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

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)

巖石全應(yīng)力多場耦合三軸系統(tǒng)

真三軸動（靜）載荷試驗裝置

巖石全應(yīng)力多場耦合三軸實驗儀