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相似材料渗流-能量特性真三轴综合实验系统研发及应用赵鹏翔;贺斌雷;肖鹏;张远琛;高锦彪【摘要】为开展采动覆岩破断与卸压瓦斯运移规律的三维物理相似模拟实验,在渗流系数能量控制模型的基础上,研制出相似材料渗流-能量特性真三轴实验系统,并详细介绍系统的主要结构、功能及实验方法.结果表明,该系统可由液压加载系统控制对试件所施加的三轴应力,利用多元测试系统对试件压缩过程中油缸的推出力、试件压缩轴向变形量、压缩过程的气体流量及主裂隙导通时的能量耗散进行实时监测,通过对不同配比相似材料试件的真三轴加载实验,研究三轴压缩相似材料的渗流-能量特性为进一步开展采动覆岩裂隙演化与卸压瓦斯运移多物理场耦合规律奠定了实验基础.%According to the 3D physical simulation experiment on the falling process of the overlying rocks in fully-mechanized top-coal caving stope and unloading pressure gas migration rule,we developed a true triaxial experiment system of the similar material seepage-energy characteristics based on energy control model of seepage coefficient.And introduced the main structure and function of the system and the experimental method.The specimen is imposed the triaxial stress by the controlled hydraulic loading system.It is real-time monitored by the multivariate testing system that the stress of the compressed samples,the axial deformation launch of the compressed specimen,the compressed gas flow and the energy dissipation of main fracture.The seepage-energy characteristics of the similar material is researched based on the true triaxial loading experiment for the different ratio of similar material specimen when it is compressed.The results will provide experimentalfoundation for the further development of rock fracture evolution and the coupled law of pressure relief gas transport and rock fracture evolution.【期刊名称】《西安科技大学学报》【年(卷),期】2017(037)004【总页数】7页(P522-528)【关键词】真三轴实验系统;气体渗流;能量耗散;相似材料【作者】赵鹏翔;贺斌雷;肖鹏;张远琛;高锦彪【作者单位】西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安710054;教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室,陕西西安710054;西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安710054;西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安710054;教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室,陕西西安710054;西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安710054;西安科技大学安全科学与工程学院,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TD712对于煤炭开采过程而言，由于地质构造应力的作用，使其所处的环境往往为三向不等压状态。
三轴蠕变试验
（原创版）
目录
1.三轴蠕变试验的定义和目的
2.三轴蠕变试验的设备和试验过程
3.三轴蠕变试验的数据处理和结果分析
4.三轴蠕变试验的应用领域
正文
三轴蠕变试验是一种材料力学性能测试方法，主要用来测定材料在长时间的加载作用下的变形特性。
这种试验对于分析材料的蠕变行为，了解材料的长期性能和结构稳定性具有重要意义。
试验设备主要包括试验机、加载设备、测量设备等。
试验过程中，首先将待测材料制成规定尺寸的试样，然后将试样放置在试验机上，施加恒定的载荷，使试样在三轴向受力，且受力大小按一定的时间变化规律进行变化。
试验过程中，通过测量设备实时记录试样的变形情况，从而得到材料在长时间加载下的变形数据。
试验数据处理和结果分析主要包括两个方面：一是对试验数据进行处理，得到材料蠕变曲线；二是根据蠕变曲线进行结果分析，得到材料的蠕变性能参数，如蠕变速率、蠕变应力等。
三轴蠕变试验广泛应用于土木工程、航空航天、核工业等领域。
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真三轴卸载下深部岩体破裂特性及诱发型岩爆机理研究一、本文概述本文旨在深入研究真三轴卸载条件下深部岩体的破裂特性及其诱发的岩爆机理。
随着地下工程向深部发展，深部岩体的力学行为及其稳定性问题日益突出。
岩爆作为一种常见的深部岩体动力灾害，对地下工程的安全性和稳定性构成了严重威胁。
因此，揭示真三轴卸载条件下深部岩体的破裂特性和岩爆机理，对于预防和控制岩爆灾害具有重要的理论意义和实践价值。
本文首先回顾了国内外关于深部岩体破裂特性和岩爆机理的研究现状，指出了现有研究的不足和需要进一步深入探索的问题。
在此基础上，通过理论分析、实验室试验和数值模拟等多种方法，系统地研究了真三轴卸载条件下深部岩体的应力-应变关系、破裂模式、能量演化规律等关键科学问题。
本文的主要研究内容包括：1）建立真三轴卸载条件下深部岩体破裂特性的理论分析框架；2）开展真三轴卸载试验，揭示深部岩体在不同卸载路径下的破裂模式和能量演化规律；3）利用数值模拟方法，分析深部岩体在真三轴卸载过程中的应力分布、位移场和能量场的变化特征；4）结合理论分析和数值模拟结果，探讨真三轴卸载条件下诱发岩爆的机理和影响因素。
本文的研究成果不仅有助于深化对深部岩体破裂特性和岩爆机理的认识，也为地下工程的安全设计和灾害防控提供了重要的理论依据和技术支持。
二、真三轴卸载条件下深部岩体破裂特性研究在真三轴卸载条件下，深部岩体的破裂特性是一个复杂且关键的问题。
为了深入了解这一过程，本研究采用了一系列先进的实验方法和数值模拟技术，对岩体的应力-应变行为、破裂模式以及能量演化等方面进行了详细的分析。
通过真三轴实验设备对深部岩体进行卸载模拟。
实验过程中，我们精确控制了卸载速率和卸载路径，以模拟实际工程中的卸载过程。
同时，利用高分辨率的摄像头和位移传感器，实时记录了岩体表面的裂缝扩展和变形情况。
实验结果表明，在真三轴卸载条件下，深部岩体的破裂特性呈现出明显的非线性特征。
随着卸载的进行，岩体内的应力场和应变场发生重分布，导致岩体逐渐产生裂缝。
常规三轴实验
123
σσσ>= 岩石强度及变形特征与岩石的应力状态密切相关，围压对岩石变形特性的影响很大。
岩石在三向荷载下的变形特性是通过三轴压缩试验方法来测定的。
真三轴实验优点
缺点
成果整理
轴向1σ1
ε绘制成果曲线
11σε~()
321εεε+~径向
3σ2ε3
ε()1
33
112σσσσμ---=
B B ()1
312εμσσ-=
E 3
1
B εε=
与单轴压缩条件下的应力-应变曲线比较：
非线性特征
仍符合线弹性材料的性状
剪胀，
破坏前兆
脆性破坏
由脆性到塑性
扩容
应变硬化
定义
岩石破坏的前兆细微裂隙的形成扩大于平行细观机理
扩容现象
工程应用
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高等岩石力学——真三轴试验问题：真三轴试验如何做到2σ≠3σ，方法的误差来源。
真三轴仪大多是对方柱试件进行试验。
瑞典皇家地质学院的Kjellman设计的通过六块刚性板在三个方向上独立施加主应力的仪器，由于仪器本身复杂性及各方向的相互干扰，造成大的误差。
后来对真三轴试验仪进行了改进，安装一对侧向压力板，以施加2σ，其特点是试样有一对面暴露在压力室中，能减少这个方向上与其他两个方向边界间的干扰，同时能比较容易形成和观察到如剪切面等破坏形式，但误差的来源还是不能独立的施加大、中、小主应力。
并且这种仪器很难进行如应力路径在π平面的6个角域中自由变化的真三轴试验。
后来又研制出了许多真三轴仪如下图两个：当前最常见的是真三轴刚性伺服试验机可以进行真三轴试验。
主要用途：可以完成砼及岩石类材料的单轴、双轴和真三轴的拉压组合试验，实现全过程的测试。
也可完成剪切、梁的弯曲、断裂试验等。
此试验机竖向机架设1σ方向伺服油缸，横向框架设2σ方向伺服油缸和真三轴压力室，推入竖向框架内可进行材料的常规三轴或真三轴压力试验。
其中1σ、2σ为刚性加载，3σ由普通油液液压加载。
三轴室设施加空隙水压力及各主应力方向位移量测量装置。
三轴试验中，横向框架处于浮动工况。
这种真三轴刚性伺服试验机，虽然能进行真三轴试验，但是只能进行方柱试件的真三轴试验，实现了真三轴试验中的2σ≠3σ，圆柱试件可进行普通三轴试验。
其加载路径通过如下方式进行，先加静水压（1σ=2σ=3σ），然后3σ保持不变，增加1σ和2σ到2σ的设计值，保持2σ不变，增加1σ直至试件破坏。
此装置进行真三轴试验，纵向荷载1σ和横向荷载2σ都是通过与试件等截面的金属块加压，这样不存在端面的侧向约束问题，而仅存在端面摩擦力。
减少加载金属块与试件端面间的摩擦力，中间可以加聚四氯乙烯板，在试件和加压板之间设置减摩垫层，刷行加载板，柔性加载板，金属箔液压垫。
但在试件端面加了聚四氯乙烯板，端面摩擦力还是存在，且摩擦力与垂向应力成正比，对于一定的端面摩擦力，沿端面垂向试件越长，摩擦力对试件变形破坏起的阻碍作用越小。
岩体真三轴现场试验规程一、引言岩体工程是岩石力学的一个重要研究领域，为了更好地了解岩石的力学性质和岩体的稳定性，进行真三轴现场试验是必不可少的手段。
本文将介绍岩体真三轴现场试验的规程，包括试验前的准备工作、试验设备和仪器的选择、试验过程的操作要点以及试验结果的分析和处理。
二、试验前的准备工作1. 确定试验目的和试验参数：根据岩体工程的实际情况确定试验的目的和所需求的参数，例如岩石的抗压强度、抗剪强度等。
2. 选择试验地点：选择合适的试验地点是保证试验结果准确性的重要因素，应考虑地质条件、岩层特征等因素。
3. 准备试验设备和仪器：选择适用于真三轴试验的设备和仪器，包括压力机、应变仪、压力传感器等。
4. 岩石样本的采集与制备：根据试验要求采集合适的岩石样本，并进行必要的制备工作，如切割成规定尺寸的试样。
三、试验设备和仪器的选择1. 压力机：选择合适的压力机是进行真三轴试验的关键，应考虑试验参数范围、试样尺寸等因素，确保压力机的质量和性能满足试验要求。
2. 应变仪：应变仪用于测量试样的应变变化，在真三轴试验中起到重要作用，应选择灵敏度高、测量范围广的应变仪。
3. 压力传感器：压力传感器用于测量试样所受的轴向压力，应选择精度高、稳定性好的压力传感器。
四、试验过程的操作要点1. 样本的装配：将岩石样本装入试验设备中，并按照试验要求进行应力加载和应变控制。
2. 应变测量：通过应变仪测量试样的应变变化，及时记录并保证测量数据的准确性。
3. 轴向压力控制：根据试验要求，通过调节压力机的加载速率和加载方式，控制试样所受的轴向压力。
4. 剪切力控制：根据试验要求，通过调节剪切装置的加载速率和加载方式，控制试样的剪切力。
5. 试验参数的记录：在试验过程中，及时记录试验参数的变化，例如加载速率、应变变化等。
五、试验结果的分析和处理1. 数据处理：将试验过程中获得的数据进行整理和处理，包括计算岩石的抗压强度、抗剪强度等参数。
岩石动三轴试验原理岩石动三轴试验是一种用来研究岩石力学性质的常用实验方法。
它通过对岩石样品施加不同的应力和应变条件，来模拟岩石在地质环境下的受力状态，以获得岩石的力学参数和变形特性。
试验装置主要由三轴压力机、应变仪和数据采集系统组成。
岩石样品通常为圆柱形，通过夹持装置固定在试验装置上。
在试验过程中，通过施加不同的压力和变形条件，可以模拟不同的地质条件，例如地下深部、岩体表面等。
岩石动三轴试验主要包括三个步骤：预应力、加载和卸载。
首先，通过施加预应力，使岩石样品达到一定的初始应力状态。
然后，根据设计要求，施加加载，即施加垂直于样品轴向的压力，使样品发生变形。
最后，进行卸载，即减小样品的应力，使其恢复到初始状态。
在试验过程中，通过应变仪测量岩石样品的应变值，并通过数据采集系统记录下加载和卸载的应力和应变数据。
根据这些数据，可以计算出岩石样品的力学参数，例如弹性模量、抗压强度、剪切强度等。
岩石动三轴试验原理基于岩石在地质条件下的受力特性。
岩石具有各向异性，即其力学性质在不同方向上具有差异。
因此，在试验过程中，需要对样品施加三个不同方向的应力，以模拟真实的受力状态。
这三个方向包括轴向（z方向）、径向（x、y方向）和周向（θ方向）。
在进行岩石动三轴试验时，需要考虑以下几个关键因素。
首先是样品的准备。
样品的几何形状和尺寸应符合试验要求，并且需要保证样品的质量和完整性。
其次是加载速率。
加载速率应适当选择，以保证试验结果的准确性和可靠性。
此外，还需要考虑试验的温度和湿度条件，以及岩石的孔隙率和饱和度等因素。
岩石动三轴试验可以用于研究不同类型的岩石，例如花岗岩、砂岩、页岩等。
通过分析试验结果，可以了解岩石的力学性质和变形特性，为地质工程和岩土工程提供重要的参考依据。
此外，岩石动三轴试验还可以用于研究岩石的破坏机理和断裂特征，对于预测地质灾害和开展地下工程具有重要意义。
岩石动三轴试验是一种用来研究岩石力学性质的重要方法。
三轴蠕变试验
三轴蠕变试验是一种用来研究材料在静态载荷作用下发生蠕变变形的一种试验方法。
其主要原理是将试样加在三个垂直方向上施加不同的轴向载荷，并加以恒压载荷作用，通过测量试样在不同应力下的变形，来研究材料的蠕变性能。
三轴蠕变试验的主要设备是三轴蠕变仪，它由三个垂直方向上的油缸和一个位移测量系统组成。
试样放置在试验仪中央的压力室中，通过对油缸施加不同的轴向力，并加以固定的背压力，可以实现在不同应力水平下进行蠕变试验。
在试验过程中，首先给试样施加一个初始应力，然后保持该应力一段时间，使试样达到稳定状态。
随后，施加更高的应力，并同样保持一段时间。
通过测量试样的位移，可以得到材料在不同应力下的蠕变变形曲线，并据此进行蠕变性能的研究。
三轴蠕变试验可以广泛应用于土木工程、岩土工程等领域，用于研究土壤、岩石等材料在长期静态荷载作用下的变形特性，为工程设计和建设提供重要参考。
