• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

HMTS–1200 型裂隙岩体水力耦合真三轴试验系统

2021-01-19

  为了突破能反映岩体特性、岩体结构、初始应力及应力路径等多因素交互影响的水岩作用机制试验研究瓶颈,长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室邬爱清教授团队研制了HMTS–1200 型裂隙岩体水力耦合真三轴试验系统,这项研究也得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金的资金支持。


HMTS–1200 型裂隙岩体水力耦合真三轴试验系统的总体思想是构造外置式大尺寸密封试验舱,将岩体试样与力学试验装置整体置于不同水压力环境下开展力学试验。


Snipaste_2021-01-19_11-38-45.jpg

  裂隙岩体水力耦合真三轴试验系统总体框架


Snipaste_2021-01-19_11-38-57.jpg

  裂隙岩体水力耦合真三轴试验系统内部结构效果图


Snipaste_2021-01-19_11-39-08.jpg

  试验设备全景照片 


  其核心装置有:


  (1) 高水压密封试验舱系统


  高水压密封试验舱系统由5 个环形钢构件组成。环形构件上端中间有宽×深 = 1 cm×1 cm 的半圆形凹槽,中间放置止水密封圈,环与环之间主要靠密封圈止水,环与环之间采用卡扣连接固定。密封系统最下端与5 cm 厚的钢底板连接,钢底板置于基础平台上。钢底板上预留高压充水管、试验加压油管、试验数据采集通讯等管、线路接口,钢盖板上则预留排气管接口。


  (2) 试验荷载加载与反力系统


  试验系统轴向采用刚性推头油缸加载,试验舱内、舱外同时设置加压油缸。舱内加压油缸为试验提供加压荷载,舱外加压油缸平衡试验舱内加压油缸出力和试验舱内水对舱盖板的上托力,以保证试验过程中密封试验舱的封水效果。整个试验系统轴向反力则借助于现场试验洞顶板提供。试验系统侧向压力由加压枕提供,并采用整体组装式矩形反力框提供反力。


  (3) 耐高水压变形测量系统


  基于线性可变差动变压器原理,设计研发了耐高水压变形测量传感器,传感器具有3 MPa 以上防水压能力。传感器分辨率为0.001 mm,量程为±5mm,并通过防水数据线与电脑控制平台连接,测试数据实时采集、自动保存,并且能够自动成图。


  (4) 高精度伺服控制系统


  HMTS–1200 型裂隙岩体水力耦合真三轴试验系统的伺服控制系统包含轴压控制系统、2 个独立的侧压控制系统和水压力控制系统。4 套独立加卸载伺服控制系统均采用高精度数控推力油源系统,该系统由低摩阻滚珠丝杠、高速伺服电机、高倍行星减速机、高精度计量油缸等组成。


  (5) 专用软件


  HMTS–1200 型裂隙岩体水力耦合真三轴试验系统在硬件设计时同步开发自动控制与采集软件,可以同时采集与控制4 个负荷通道和16 个位移传感器通道。


  HMTS–1200 型裂隙岩体水力耦合真三轴试验系统的特殊性及先进性主要体现在:


  (1) 创造性的提出将非涉水岩体力学试验系统直接置于不同水压环境开展力学试验的岩体水力耦合模拟试验原创思想,采用试样外封闭模式开展裂隙岩体水力耦合试验。


  (2) 借助于现场岩体真三轴试验设备功能,可以模拟水库库岸某部位岩体初始应力条件及岩体结构特征。


  (3) 构建筒式钢结构高压水舱密封系统,用于模拟300 m 级水库蓄水过程库岸岩体所经历的水压力环境。通过控制密封内水压力的升降(水压力0~3 MPa),真实模拟天然河水位–蓄水期水位抬升–运行期库水位周期性升降的整个过程的水力变化过程,并作用于310 mm×310 mm×620 mm、含有一定裂隙的方柱形岩体试样上,进而反映库岸局部岩体在水库蓄水引起的变化水压力环境中的力学响应。


  (4) 基于线性可变差动变压器原理,对变形传感器进行分体式和防高水压设计,研发出适用于狭小空间、高水压环境的变形传感器,实现高水压环境下岩体试样变形的直接测量。


论文链接
  责任编辑:宫在芹
今日专家

1967年12月生,浙江富阳人。1989年毕业于淮南矿业学院地质系获煤田...

亮点论文

各向异性煤层割缝钻孔的有效抽采区域呈椭圆形,抽采时间相同,平行层理方向的有效抽采区域范围大于垂直层理方向的有效抽采区域范围。

今日企业

主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团 中国煤炭学会学术期刊工作委员会

©版权所有2015 煤炭科学研究总院出版传媒集团 地址:北京市朝阳区和平里青年沟东路煤炭大厦 邮编:100013
京ICP备05086979号-16  技术支持:云智互联