巖石三軸試驗(yàn)機(jī)

SAM-2000微機(jī)控制電液伺服巖石三軸試驗(yàn)機(jī)

一、功能、用途及特點(diǎn)

1.用途：SAM-2000微機(jī)控制電液伺服巖石三軸試驗(yàn)機(jī)是目前功能齊全的巖石試驗(yàn)機(jī)

2.功能：用于巖石在不同三向應(yīng)力作用下的多種形式試驗(yàn)，包括真三軸的全過程試驗(yàn)、蠕變、剪切、三軸超聲波、聲發(fā)射Kaiser效應(yīng)試驗(yàn)。能夠模擬高壓三軸狀態(tài)，且加載系統(tǒng)三向獨(dú)立，能夠模擬單向或雙向突然卸載（模擬深部開采），檢測(cè)采場(chǎng)圍巖的損傷演化和破裂規(guī)律。

3.特點(diǎn)：

控制器：試驗(yàn)機(jī)采用冠騰自主研發(fā)的的全數(shù)字測(cè)控器GTC650和電液伺服技術(shù)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)力（應(yīng)力）、變形（軸向應(yīng)變、徑向應(yīng)變）、位移（壓縮率）三種方式的全閉環(huán)控制：并且三種全閉環(huán)控制方式可以在試驗(yàn)過程中進(jìn)行相互間無沖擊平滑轉(zhuǎn)換；

試驗(yàn)軟件：按編制的巖石試驗(yàn)程序自動(dòng)控制試驗(yàn)的全過程，實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)狀態(tài)，繪制巖石試樣單軸壓縮變形、三軸壓縮變形的全過程應(yīng)力—應(yīng)變曲線。測(cè)試抗壓強(qiáng)度、楊氏模量、泊松比、殘余變形、殘余應(yīng)力、內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角等等性能參數(shù)。

二、巖石三軸試驗(yàn)機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)  

1.主機(jī)精度：1級(jí)  

2.試驗(yàn)機(jī)量程：8-2000kN  

3.示值相對(duì)誤差：±1%  

4.分辨率：1/500000%FS  

5.活塞行程：≥100mm  

6.測(cè)控范圍：0~100mm  

7.示值相對(duì)誤差：±0.5%  

8.分辨力：1/200000%FSmm  

9.巖石專屬變形儀軸向標(biāo)長(zhǎng)：L0=100mm  

10.巖石專屬變形儀軸向量程：ΔL=6mm  

11.巖石專屬變形儀徑向標(biāo)徑：d0=50mm  

12.巖石專屬變形儀徑向量程：Δd=3mm  

13.巖石專屬變形儀測(cè)量范圍%：0.5~100FS  

14.巖石專屬變形儀示值相對(duì)誤差：±1%  

15.巖石專屬變形儀分辨率：1/200000%FS（0.03um）  

16.LVDT式巖石引伸計(jì)軸向量程：0～15mm  

17.LVDT式巖石引伸計(jì)軸向示值精度：±0.1%  

18.LVDT式巖石引伸計(jì)軸向分辨率：15/180000%FS  

19.LVDT式巖石引伸計(jì)徑向量程：0～5mm  

20.LVDT式巖石引伸計(jì)徑向示值精度：±0.1%  

21.LVDT式巖石引伸計(jì)徑向分辨率：5/180000%FS  

22.試驗(yàn)力控制范圍：1～100%FS  

23.變形控制范圍：0.5～100%FS  

24.力、變形、位移示值誤差：±0.5  

25.位移速度：0-180mm/min  

26.循環(huán)加載試驗(yàn)頻率：2Hz  

27.試驗(yàn)空間凈寬：600mm  

28.主機(jī)剛度k：k≥10000kN/mm  

側(cè)向（圍壓系統(tǒng)）  

29.最（高）圍壓力:100（MPa）  

30.有效壓力范圍:2～100（%FS）  

31.示值相對(duì)誤差:±2（%）  

32.絕（對(duì)）分辨力:1/180000  

33.測(cè)壓元件:液壓傳感器  

34.充液壓力:0.3～1.0（MPa）  

35.測(cè)控器:GTC550或EDC222（可和剪切共用）  

壓力室（自平衡式）  

36.巖石試樣尺寸直徑×高度：φ50×100～120（mm）  

37.最（高）圍壓力：100（MPa）  

38.結(jié)構(gòu)方式：下開口，壓力自平衡式  

水平向（直剪儀）  

39.最大試驗(yàn)力：1000kN  

40.示值精度：±1%  

41.試驗(yàn)力分辨力：＞0.006kN  

42.測(cè)力元件：負(fù)荷式測(cè)力傳感器  

43.活塞行程：60mm  

44.測(cè)量范圍：0～60mm  

45.分辨力：0.001mm  

46.變形測(cè)量范圍：0～10mm  

47.變形示值精度：±0.5%  

48.分辨力：0.0001mm  

49.變形傳感元件：光柵尺（法向、剪向各2支）  

50.試樣尺寸：100³、150³、200³長(zhǎng)×寬×高mm  

孔隙水壓試驗(yàn)系統(tǒng)  

51.最（高）圍壓力:80（MPa）  

52.有效壓力范圍:2～100（%FS）  

53.示值相對(duì)誤差:±2（%）  

54.絕（對(duì)）分辨力:1/180000  

55.測(cè)壓元件:液壓傳感器  

56.蓄水量：800（mL）  

57.絕（對(duì)）分辨力：0.001mL  

58.測(cè)控器：EDC222  

系統(tǒng)控制方式及誤差  

59.控制方式：試驗(yàn)力、變形、位移，可以平滑切換  

60.試驗(yàn)力（壓力）控制范圍：（%FS）  

61.變形控制范圍：0.5～100（%FS）  

62.位移控制范圍：全行程  

63.試驗(yàn)力（壓力）控制誤差：±0.5（%）  

64.變形控制誤差：±0.5%  

65.位移控制誤差：±0.5%  

高低溫系統(tǒng)  

66.溫度范圍：-40～200（℃）  

67.波動(dòng)度：±0.5（℃）  

68.80mm溫度梯度：±3（℃）  

69.-40～200（℃）：圍壓≦60Mpa  

70.-40～200℃：不進(jìn)行孔隙水壓試驗(yàn)  

流變系統(tǒng)  

71.試驗(yàn)時(shí)間：不限  

72.控制精度：控制量的±0.5% 

巖石三軸試驗(yàn)機(jī)的使用操作過程：

一、試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作?  

（一）設(shè)備檢查與校準(zhǔn)?  

使用前，全面檢查各部件狀態(tài)。查看壓力室密封性能，可通過向壓力室充入少量氣體（如氮?dú)猓?，觀察壓力是否穩(wěn)定，若壓力快速下降則說明存在泄漏，需及時(shí)更換密封圈。檢查軸向加載系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)的液壓管路有無破損、漏油，確保液壓油位處于正?？潭?，油質(zhì)清澈無雜質(zhì)。同時(shí)，對(duì)位移傳感器、壓力傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，利用標(biāo)準(zhǔn)砝碼或校準(zhǔn)儀器驗(yàn)證傳感器讀數(shù)準(zhǔn)確性，偏差超過規(guī)定范圍時(shí)需重新校準(zhǔn)，避免因傳感器誤差導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)失真。?  

（二）巖石樣品制備?  

嚴(yán)格按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)制備巖石樣品，通常加工為直徑50mm、高度100mm的圓柱體。樣品加工過程中，需保證兩端面平行度誤差不超過0.05mm，表面粗糙度符合要求，防止因樣品形狀不規(guī)則造成應(yīng)力分布不均。加工后的樣品需進(jìn)行編號(hào)、登記，并測(cè)量其直徑、高度、質(zhì)量等基礎(chǔ)參數(shù)，為后續(xù)計(jì)算提供數(shù)據(jù)支撐。此外，若樣品存在明顯層理、裂隙，需記錄其方向和特征，以便分析試驗(yàn)結(jié)果時(shí)考慮結(jié)構(gòu)因素的影響。?  

（三）輔助材料與工具準(zhǔn)備?  

準(zhǔn)備好凡士林、熱縮管、橡膠套等輔助材料。凡士林用于涂抹在樣品兩端面與壓頭之間，減小端面摩擦對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響；熱縮管和橡膠套用于包裹樣品，防止圍壓加載時(shí)液體滲入樣品內(nèi)部，同時(shí)起到密封作用。準(zhǔn)備游標(biāo)卡尺、千分表等測(cè)量工具，用于精確測(cè)量樣品尺寸和試驗(yàn)過程中的變形量。還需準(zhǔn)備好試驗(yàn)記錄表格，用于記錄試驗(yàn)過程中的各項(xiàng)參數(shù)和現(xiàn)象。?  

二、試驗(yàn)操作過程?  

（一）樣品安裝?  

將制備好的巖石樣品置于壓力室底座中心，在樣品兩端面均勻涂抹一層凡士林，安裝上下壓頭并確保其與樣品中心對(duì)齊。用橡膠套包裹樣品，套口處用熱縮管固定，防止橡膠套滑落。將組裝好的樣品及壓頭緩慢放入壓力室，旋緊壓力室蓋，連接好圍壓和軸向加載管路，確保連接牢固無松動(dòng)。?  

（二）參數(shù)設(shè)置與加載?  

在試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)中，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)置軸向加載速率、圍壓加載速率、最大加載壓力等參數(shù)。一般情況下，軸向加載速率控制在0.01-0.1mm/min，圍壓加載速率可根據(jù)試驗(yàn)要求適當(dāng)調(diào)整。設(shè)置完成后，先施加圍壓至預(yù)定值，保持圍壓穩(wěn)定，再以設(shè)定速率施加軸向壓力。加載過程中，密切關(guān)注壓力、位移等參數(shù)變化，實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)。當(dāng)樣品出現(xiàn)明顯破壞跡象（如發(fā)出破裂聲、位移急劇增大）或達(dá)到預(yù)定加載壓力時(shí)，停止加載。?  

（三）數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控?  

試驗(yàn)過程中，利用試驗(yàn)機(jī)配套的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)記錄軸向壓力、圍壓、軸向位移、徑向位移等數(shù)據(jù)，采樣頻率根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)定，一般不低于1次/秒。同時(shí)，觀察樣品表面裂紋擴(kuò)展情況，通過安裝在壓力室外的高清攝像頭或直接觀察窗進(jìn)行記錄，可拍攝照片或視頻作為試驗(yàn)分析的輔助資料。若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常（如壓力突然下降、位移突變），需立即暫停試驗(yàn)，檢查設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和樣品安裝情況，排除故障后再繼續(xù)試驗(yàn)。?  

三、試驗(yàn)后的處理工作?  

（一）設(shè)備清理與維護(hù)?  

試驗(yàn)結(jié)束后，先緩慢釋放壓力室中的壓力，待壓力釋放后打開壓力室蓋，取出樣品及壓頭。清理壓力室內(nèi)殘留的凡士林、橡膠碎屑等雜物，用干凈的布擦拭壓力室內(nèi)部和壓頭表面，保持設(shè)備清潔。檢查液壓管路和密封件，如有損壞及時(shí)更換。對(duì)試驗(yàn)機(jī)的各個(gè)部件進(jìn)行潤(rùn)滑保養(yǎng)，確保設(shè)備下次正常運(yùn)行。?  

（二）樣品分析與數(shù)據(jù)處理?  

對(duì)試驗(yàn)后的巖石樣品進(jìn)行宏觀和微觀分析。宏觀上，觀察樣品的破壞形態(tài)，記錄裂紋走向、破壞模式（如劈裂破壞、剪切破壞）等特征；微觀上，可通過掃描電子顯微鏡（SEM）等設(shè)備分析樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化。利用采集到的數(shù)據(jù)，計(jì)算巖石的抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比等力學(xué)參數(shù)，繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線，分析巖石在三軸應(yīng)力狀態(tài)下的力學(xué)行為。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和誤差評(píng)估，若數(shù)據(jù)存在較大誤差，需分析原因并判斷是否需要重新試驗(yàn)。