真三軸巖石剪切滲流試驗系統(tǒng)

真三軸巖石剪切滲流試驗系統(tǒng)

真三軸巖石剪切滲流試驗系統(tǒng)的組成與功能
  試驗系統(tǒng)整體由：軸向加載框架、法向加載機構(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(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。
   垂向加載機構(gòu)包括加載油缸、力傳感器、位移傳感器等。控制系統(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，來測量進口壓力和出口壓力的差值，實現(xiàn)試驗盒進、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)字控制電液伺侯細觀加載系統(tǒng)、化學(xué)和流體力學(xué)系統(tǒng)，引進觀測系統(tǒng)。（改進觀測系統(tǒng)，能夠深層次觀測裂縫擴展的細觀和宏觀現(xiàn)象，手段可以采用強光照射、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)面裂縫擴展的實際物理過程進行監(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(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)力耦合機理和底板導(dǎo)水通道的活化擴展特性。

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)