真三軸循環(huán)擾動(dòng)應(yīng)力對(duì)煤巖力學(xué)特征模擬

真三軸循環(huán)應(yīng)力作用下煤體物理場(chǎng)演化試驗(yàn)

真三軸循環(huán)載荷作用下煤巖力學(xué)加載試驗(yàn)系統(tǒng)

一、設(shè)備介紹

本裝置以煤巖為研究對(duì)象，精準(zhǔn)模擬真三軸循環(huán)應(yīng)力條件（等效于采動(dòng)擾動(dòng)）與不同初始瓦斯壓力工況，系統(tǒng)研究煤體內(nèi)部瓦斯壓力、應(yīng)變隨循環(huán)次數(shù)的變化特征，深入揭示瓦斯分子在循環(huán)應(yīng)力擾動(dòng)下的運(yùn)移富集規(guī)律，進(jìn)而構(gòu)建循環(huán)應(yīng)力 - 瓦斯壓力 - 煤體應(yīng)變的量化關(guān)聯(lián)模型，為深部煤與瓦斯共采的安全保障提供堅(jiān)實(shí)的試驗(yàn)依據(jù)與技術(shù)支撐。

二、主要設(shè)備參數(shù)

1.主應(yīng)力油缸(垂直壓力)壓力:2000KN、3000KN、5000KN

試驗(yàn)力測(cè)量精度:±0.5%FS

加載頻率:0.001-50Hz、0.001-10Hz、0.001-5Hz

主壓行程:200mm;主應(yīng)力油缸數(shù)量:2個(gè)

2.第二應(yīng)力油缸(水平橫向)壓力:2000KN、3000KN、5000KN

試驗(yàn)力測(cè)量精度:±0.5%FS

加載頻率:0.001-50Hz、0.001-10Hz、0.001-5Hz

主壓行程:100mm;第二應(yīng)力油缸數(shù)量:2個(gè)

3.第三應(yīng)力(圍壓)壓力:50Mpa、50Mpa、100Mpa

試驗(yàn)力測(cè)量精度:±0.5%FS;加載頻率:0.001-10Hz

4.變形測(cè)量

變形測(cè)量范圍:0-12.5mm;引伸計(jì)數(shù)量:6個(gè);

變形測(cè)量精度:±0.5%FS變形測(cè)量分辨率:0.001mm

5.試樣尺寸

真三軸試樣:煤樣或相似材料試件（50mm×50mm×100mm 長(zhǎng)方體）

6.滲流

介質(zhì):水/二氧化碳/氫氣/氮?dú)?/span>/

壓力:20MPa  速度:0.001-10mL/min

三、關(guān)于試驗(yàn)

技術(shù)原理：

真三軸試驗(yàn)是通過(guò)獨(dú)立控制三個(gè)正交方向的應(yīng)力，研究巖石在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下力學(xué)特性的試驗(yàn)方法。該試驗(yàn)采用長(zhǎng)方體或立方體試件，通過(guò)剛性壓板或液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三向非等應(yīng)力加載，能有效揭示中間主應(yīng)力對(duì)巖石強(qiáng)度、變形及破壞模式的影響規(guī)律。

煤樣制備

將煤巖制成尺寸為 50 mm×50 mm×100 mm(尺寸允許誤差范圍±0.25 mm)的長(zhǎng)方體試樣。將制備好的長(zhǎng)方體煤巖試樣放入烘箱中烘干至恒重后用保鮮膜包裹好備用。

安裝與預(yù)加載

將試件放入壓頭中心流體通道，調(diào)整位置確保上下左右壓頭接觸試樣。啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，預(yù)先加載壓力檢查異常情況，隨后擰緊Y方向壓頭螺絲并貼合試樣。 ?

循環(huán)加載

采用力控制方式分步循環(huán)加載，順序?yàn)?/span>Z向→X向→Y向→Z向，每個(gè)方向加載后需保持穩(wěn)定再進(jìn)行下一方向加載。最大荷載可達(dá)1200MPa（σ1），最小可達(dá)100MPa（σ3）。 ?

數(shù)據(jù)采集

通過(guò)位移傳感器（精度0.1μm）、孔隙壓力傳感器等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)三向應(yīng)變和力學(xué)參數(shù)，記錄應(yīng)力-應(yīng)變曲線及聲發(fā)射響應(yīng)。 ?

卸載與觀察

卸載順序?yàn)?/span>Y向→X向→Z向→Y向，取出試件后觀察形態(tài)變化，重點(diǎn)分析鉆孔對(duì)煤體破壞模式的影響。 ?