真三軸循環(huán)擾動應力對煤巖力學特征模擬

真三軸循環(huán)應力作用下煤體物理場演化試驗

真三軸循環(huán)載荷作用下煤巖力學加載試驗系統

一、設備介紹

本裝置以煤巖為研究對象，精準模擬真三軸循環(huán)應力條件（等效于采動擾動）與不同初始瓦斯壓力工況，系統研究煤體內部瓦斯壓力、應變隨循環(huán)次數的變化特征，深入揭示瓦斯分子在循環(huán)應力擾動下的運移富集規(guī)律，進而構建循環(huán)應力 - 瓦斯壓力 - 煤體應變的量化關聯模型，為深部煤與瓦斯共采的安全保障提供堅實的試驗依據與技術支撐。

二、主要設備參數

1.主應力油缸(垂直壓力)壓力:2000KN、3000KN、5000KN

試驗力測量精度:±0.5%FS

加載頻率:0.001-50Hz、0.001-10Hz、0.001-5Hz

主壓行程:200mm;主應力油缸數量:2個

2.第二應力油缸(水平橫向)壓力:2000KN、3000KN、5000KN

試驗力測量精度:±0.5%FS

加載頻率:0.001-50Hz、0.001-10Hz、0.001-5Hz

主壓行程:100mm;第二應力油缸數量:2個

3.第三應力(圍壓)壓力:50Mpa、50Mpa、100Mpa

試驗力測量精度:±0.5%FS;加載頻率:0.001-10Hz

4.變形測量

變形測量范圍:0-12.5mm;引伸計數量:6個;

變形測量精度:±0.5%FS變形測量分辨率:0.001mm

5.試樣尺寸

真三軸試樣:煤樣或相似材料試件（50mm×50mm×100mm 長方體）

6.滲流

介質:水/二氧化碳/氫氣/氮氣/

壓力:20MPa  速度:0.001-10mL/min

三、關于試驗

技術原理：

真三軸試驗是通過獨立控制三個正交方向的應力，研究巖石在復雜應力狀態(tài)下力學特性的試驗方法。該試驗采用長方體或立方體試件，通過剛性壓板或液壓系統實現三向非等應力加載，能有效揭示中間主應力對巖石強度、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)的長方體試樣。將制備好的長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。

安裝與預加載

將試件放入壓頭中心流體通道，調整位置確保上下左右壓頭接觸試樣。啟動數據采集系統，預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，順序為Z向→X向→Y向→Z向，每個方向加載后需保持穩(wěn)定再進行下一方向加載。最大荷載可達1200MPa（σ1），最小可達100MPa（σ3）。 ?

數據采集

通過位移傳感器（精度0.1μm）、孔隙壓力傳感器等實時監(jiān)測三向應變和力學參數，記錄應力-應變曲線及聲發(fā)射響應。 ?

卸載與觀察

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