SAM-2000微機控制電液伺服巖石三軸試驗機

一、功能、用途及特點

1.用途：SAM-2000微機控制電液伺服巖石三軸試驗機是目前功能齊全的巖石試驗機

2.功能：用于巖石在不同三向應力作用下的多種形式試驗，包括真三軸的全過程試驗、蠕變、剪切、三軸超聲波、聲發射Kaiser效應試驗。能夠模擬高壓三軸狀態，且加載系統三向獨立，能夠模擬單向或雙向突然卸載（模擬深部開采），檢測采場圍巖的損傷演化和破裂規律。

3.特點：

控制器：試驗機采用冠騰自主研發的的全數字測控器GTC650和電液伺服技術與計算機相結合，準確地實現了試驗力（應力）、變形（軸向應變、徑向應變）、位移（壓縮率）三種方式的全閉環控制：并且三種全閉環控制方式可以在試驗過程中進行相互間無沖擊平滑轉換；

試驗軟件：按編制的巖石試驗程序自動控制試驗的全過程，實時顯示試驗狀態，繪制巖石試樣單軸壓縮變形、三軸壓縮變形的全過程應力—應變曲線。測試抗壓強度、楊氏模量、泊松比、殘余變形、殘余應力、內聚力和內摩擦角等等性能參數。

二、巖石三軸試驗機主要技術指標  

1.主機精度：1級  

2.試驗機量程：8-2000kN  

3.示值相對誤差：±1%  

4.分辨率：1/500000%FS  

5.活塞行程：≥100mm  

6.測控范圍：0~100mm  

7.示值相對誤差：±0.5%  

8.分辨力：1/200000%FSmm  

9.巖石專屬變形儀軸向標長：L0=100mm  

10.巖石專屬變形儀軸向量程：ΔL=6mm  

11.巖石專屬變形儀徑向標徑：d0=50mm  

12.巖石專屬變形儀徑向量程：Δd=3mm  

13.巖石專屬變形儀測量范圍%：0.5~100FS  

14.巖石專屬變形儀示值相對誤差：±1%  

15.巖石專屬變形儀分辨率：1/200000%FS（0.03um）  

16.LVDT式巖石引伸計軸向量程：0～15mm  

17.LVDT式巖石引伸計軸向示值精度：±0.1%  

18.LVDT式巖石引伸計軸向分辨率：15/180000%FS  

19.LVDT式巖石引伸計徑向量程：0～5mm  

20.LVDT式巖石引伸計徑向示值精度：±0.1%  

21.LVDT式巖石引伸計徑向分辨率：5/180000%FS  

22.試驗力控制范圍：1～100%FS  

23.變形控制范圍：0.5～100%FS  

24.力、變形、位移示值誤差：±0.5  

25.位移速度：0-180mm/min  

26.循環加載試驗頻率：2Hz  

27.試驗空間凈寬：600mm  

28.主機剛度k：k≥10000kN/mm  

側向（圍壓系統）  

29.最（高）圍壓力:100（MPa）  

30.有效壓力范圍:2～100（%FS）  

31.示值相對誤差:±2（%）  

32.絕（對）分辨力:1/180000  

33.測壓元件:液壓傳感器  

34.充液壓力:0.3～1.0（MPa）  

35.測控器:GTC550或EDC222（可和剪切共用）  

壓力室（自平衡式）  

36.巖石試樣尺寸直徑×高度：φ50×100～120（mm）  

37.最（高）圍壓力：100（MPa）  

38.結構方式：下開口，壓力自平衡式  

水平向（直剪儀）  

39.最大試驗力：1000kN  

40.示值精度：±1%  

41.試驗力分辨力：＞0.006kN  

42.測力元件：負荷式測力傳感器  

43.活塞行程：60mm  

44.測量范圍：0～60mm  

45.分辨力：0.001mm  

46.變形測量范圍：0～10mm  

47.變形示值精度：±0.5%  

48.分辨力：0.0001mm  

49.變形傳感元件：光柵尺（法向、剪向各2支）  

50.試樣尺寸：100³、150³、200³長×寬×高mm  

孔隙水壓試驗系統  

51.最（高）圍壓力:80（MPa）  

52.有效壓力范圍:2～100（%FS）  

53.示值相對誤差:±2（%）  

54.絕（對）分辨力:1/180000  

55.測壓元件:液壓傳感器  

56.蓄水量：800（mL）  

57.絕（對）分辨力：0.001mL  

58.測控器：EDC222  

系統控制方式及誤差  

59.控制方式：試驗力、變形、位移，可以平滑切換  

60.試驗力（壓力）控制范圍：（%FS）  

61.變形控制范圍：0.5～100（%FS）  

62.位移控制范圍：全行程  

63.試驗力（壓力）控制誤差：±0.5（%）  

64.變形控制誤差：±0.5%  

65.位移控制誤差：±0.5%  

高低溫系統  

66.溫度范圍：-40～200（℃）  

67.波動度：±0.5（℃）  

68.80mm溫度梯度：±3（℃）  

69.-40～200（℃）：圍壓≦60Mpa  

70.-40～200℃：不進行孔隙水壓試驗  

流變系統  

71.試驗時間：不限  

72.控制精度：控制量的±0.5% 

巖石三軸試驗機的使用操作過程：

一、試驗前的準備工作?  

（一）設備檢查與校準?  

使用前，全面檢查各部件狀態。查看壓力室密封性能，可通過向壓力室充入少量氣體（如氮氣），觀察壓力是否穩定，若壓力快速下降則說明存在泄漏，需及時更換密封圈。檢查軸向加載系統、圍壓加載系統的液壓管路有無破損、漏油，確保液壓油位處于正常刻度，油質清澈無雜質。同時，對位移傳感器、壓力傳感器進行校準，利用標準砝碼或校準儀器驗證傳感器讀數準確性，偏差超過規定范圍時需重新校準，避免因傳感器誤差導致試驗數據失真。?  

（二）巖石樣品制備?  

嚴格按照試驗標準制備巖石樣品，通常加工為直徑50mm、高度100mm的圓柱體。樣品加工過程中，需保證兩端面平行度誤差不超過0.05mm，表面粗糙度符合要求，防止因樣品形狀不規則造成應力分布不均。加工后的樣品需進行編號、登記，并測量其直徑、高度、質量等基礎參數，為后續計算提供數據支撐。此外，若樣品存在明顯層理、裂隙，需記錄其方向和特征，以便分析試驗結果時考慮結構因素的影響。?  

（三）輔助材料與工具準備?  

準備好凡士林、熱縮管、橡膠套等輔助材料。凡士林用于涂抹在樣品兩端面與壓頭之間，減小端面摩擦對試驗結果的影響；熱縮管和橡膠套用于包裹樣品，防止圍壓加載時液體滲入樣品內部，同時起到密封作用。準備游標卡尺、千分表等測量工具，用于精確測量樣品尺寸和試驗過程中的變形量。還需準備好試驗記錄表格，用于記錄試驗過程中的各項參數和現象。?  

二、試驗操作過程?  

（一）樣品安裝?  

將制備好的巖石樣品置于壓力室底座中心，在樣品兩端面均勻涂抹一層凡士林，安裝上下壓頭并確保其與樣品中心對齊。用橡膠套包裹樣品，套口處用熱縮管固定，防止橡膠套滑落。將組裝好的樣品及壓頭緩慢放入壓力室，旋緊壓力室蓋，連接好圍壓和軸向加載管路，確保連接牢固無松動。?  

（二）參數設置與加載?  

在試驗機控制系統中，根據試驗目的設置軸向加載速率、圍壓加載速率、最大加載壓力等參數。一般情況下，軸向加載速率控制在0.01-0.1mm/min，圍壓加載速率可根據試驗要求適當調整。設置完成后，先施加圍壓至預定值，保持圍壓穩定，再以設定速率施加軸向壓力。加載過程中，密切關注壓力、位移等參數變化，實時記錄數據。當樣品出現明顯破壞跡象（如發出破裂聲、位移急劇增大）或達到預定加載壓力時，停止加載。?  

（三）數據采集與監控?  

試驗過程中，利用試驗機配套的數據采集系統自動記錄軸向壓力、圍壓、軸向位移、徑向位移等數據，采樣頻率根據試驗要求設定，一般不低于1次/秒。同時，觀察樣品表面裂紋擴展情況，通過安裝在壓力室外的高清攝像頭或直接觀察窗進行記錄，可拍攝照片或視頻作為試驗分析的輔助資料。若發現數據異常（如壓力突然下降、位移突變），需立即暫停試驗，檢查設備運行狀態和樣品安裝情況，排除故障后再繼續試驗。?  

三、試驗后的處理工作?  

（一）設備清理與維護?  

試驗結束后，先緩慢釋放壓力室中的壓力，待壓力釋放后打開壓力室蓋，取出樣品及壓頭。清理壓力室內殘留的凡士林、橡膠碎屑等雜物，用干凈的布擦拭壓力室內部和壓頭表面，保持設備清潔。檢查液壓管路和密封件，如有損壞及時更換。對試驗機的各個部件進行潤滑保養，確保設備下次正常運行。?  

（二）樣品分析與數據處理?  

對試驗后的巖石樣品進行宏觀和微觀分析。宏觀上，觀察樣品的破壞形態，記錄裂紋走向、破壞模式（如劈裂破壞、剪切破壞）等特征；微觀上，可通過掃描電子顯微鏡（SEM）等設備分析樣品內部結構變化。利用采集到的數據，計算巖石的抗壓強度、彈性模量、泊松比等力學參數，繪制應力-應變曲線，分析巖石在三軸應力狀態下的力學行為。對試驗數據進行整理、分析和誤差評估，若數據存在較大誤差，需分析原因并判斷是否需要重新試驗。