MTS815电液伺服岩石试验系统简介

MTS815.03电液伺服岩石试验系统

MTS815.03电液伺服岩石试验系统（MTS815.03 Electro-hydraulic Servo-controlled Rock Mechanics Testing System）是我校2001年重点试验室强化建设从美国购置的最大型成套试验设备（总价值54.9万美元），该系统是目前国内大陆配置最高、性能最先进的岩石力学试验装备。设备2001年初定合同，2001年底到货，2002年3月份初步安装、调试、培训完毕，但当时发现做渗透试验时的压差传感器有问题，加上围压增压器漏油，所以一直到七月底才正式通过验收。 一、基本配置及技术指标 1．基本配置

①315.04型加载框架（Loading System） ②656.06型三轴室（Triaxial Cell）

③286.20-09型围压增压系统（Confining Pressure Intensifier） ④286.31-01型孔隙增压系统（Pore Presswre Intensifier） ⑤Test Star Ⅱm控制系统（Controller） ⑥505.07/.11动力源（Hydraulic Power Supply） ⑦计算机系统（Computer System）

⑧?50mm和?100mm两种带孔与不带孔压头以及?300mm压头 2．主要技术指标

1）轴压（Axial Load） ≤4600kN 2）围压（Confining Pressure） ≤140MPa 3）孔隙水压（Pore Water Pressure） ≤70MPa 4）水渗透压差（Permeability Delta P） ≤2MPa 5）机架刚度（Stiffness of Load Frame） 10.5×109N/m

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6）液压源流量 31.8L/min 7）伺服阀（Servo Valve）灵敏度 290HZ 8）数采通道数（Channels of Data Acquisition） 10 Chans 9）最小采样时间（minin mum Sampling time） 50?s 10）输出波形：直线波、正弦波、半正弦、三角波、方波、随机波形 11）试件

三轴试验最大直径 100mm 最大高度 200mm 单轴试验最大直径 300mm 最大高度 600mm 二、系统基本原理与特点 1．系统基本原理 AnalogOutputLoad Frame/ActuatorCommandErrorCommandAnalogInputFeedback 图-2 伺服控制原理图 2．系统的主要特点 ①全程计算机控制，可实现自动数据采集及处理；

②配备三套独立的伺服系统分别控制轴压、围压与孔隙（渗透）压力； ③实心钢制荷重架只储存很小的弹性能从而实现刚性压力试验； ④伺服阀反应敏捷（290HZ），试验精度高；

⑤与试件直接接触的引伸仪（美国MTS公司专利）可在高温（200℃）、高压（140MPa）油中精确工作，可对岩石破坏前后的应力应变进行最精确测量；

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⑥试验可采用任意加载波形与速率，三种控制方式试验中可自动转换；

⑦调节范围宽广的闭环加热系统可提供均匀的温度场。

水渗透路径孔压增压系统计算机系统数据采集轴力应变三轴室试件行程围压增压系统接口加载系统液压控制系统液压源 图-3 系统结构示意图 三、系统的基本试验功能

1．岩石单轴压缩试验（Uniaxial Compression Test） 2．岩石三轴压缩试验（Triaxral Compression Test）

?1??2??3??假（伪）三轴试验

?1??2??3? 3．岩石孔隙水压试验（Pore Water Pressure Test） 4．岩石水渗透试验（Water Permeability Test） 四、操作方式及试验控制方式 1．操作方式

①手动：安装试样时使用

②模控：通过函数发生器（Function Generator）产生任意模拟波形控制液压加载系统。

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孔隙水通路P1(轴压)上压头P1防护套P1透水板P1围压岩石试件围压围压围压下压头孔隙水压水渗透压差为：（P3-P4）假三轴试验孔隙水压试验>P3水渗透试验>P3>P4P1(轴压)单轴（压缩）试验 图4 伺服机基本实验功能 ③数控：通过计算机令波段发生器（Segment Generator）产生任意波形控制液压加载系统 ，并自动数据采集与处理。 2．试验控制方式

①载荷控制（Load Control）

②轴向位移控制或轴向应变控制（Axial Displacement Control or Axial Strain Control）

③环向位移控制或环向应变控制（Circumferential Displacement Control or Cirumferential Strain Control） 3．试验软件

①函数发生器（Function Generator） ②基本试验软件BTW（Basic Testware）

③多功能试验软件MPT（Multipurpose Testware） 五、试验结果可提供资料

① 各通道采样数据表（表1）

表1 砂岩单轴压缩试验部分数据采样表

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时间 轴向位移 轴向力 环向位移 轴向应力 轴向应变 Sec mm kN mm MPa

2.034668 0.004415 1.497625 0.000364 0.763315 4.41E-05 4.034668 0.011239 1.968392 0.000705 1.003258 0.000112 6.034668 0.016662 2.368484 0.001693 1.207179 0.000167 8.034668 0.024493 2.906239 0.002966 1.481264 0.000245 10.03467 0.031247 3.406598 0.004516 1.736289 0.000312 12.03467 0.037522 3.886581 0.006417 1.980928 0.000375 ……………………………………………………………………

158.0347 0.52356 62.7327 1.002289 31.97385 0.005236 160.0347 0.531149 63.9195 1.019583 32.57874 0.005311 162.0347 0.537096 64.50105 1.042426 32.87515 0.005371 164.0347 0.543502 63.60878 1.082948 32.42038 0.005435 166.0347 0.551494 54.98202 1.248665 28.02346 0.005515 168.0347 0.557784 53.13173 1.314005 27.08039 0.005578 ……………………………………………………………………

296.0347 1.399252 37.87652 4.345395 19.30506 0.013993 298.0347 1.437088 37.85934 4.345395 19.2963 0.014371 300.0347 1.453211 37.7472 4.345395 19.23915 0.014532 302.0347 1.46626 37.32048 4.345395 19.02165 0.014663 304.0347 1.47756 37.57598 4.345395 19.15188 0.014776 306.0347 1.492359 37.02208 4.345395 18.86956 0.014924 ②各通道多种曲线图形 ·载荷——时间曲线

·轴向应力——应变曲线（图5） ·轴向位移——时间曲线

·环向位移——时间曲线（图6） ·围压——时间曲线 ·孔隙水压——时间曲线

·载荷——轴向位移曲线

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轴向应力环向位移（mm）轴向应变 e时间（s） 图5 轴向应力——应变曲线 图6 环向位移——时间曲线 ·轴向应变——环向应变曲线（图7） ·体积应变——轴向应变曲线（图8） 环向应变s体积应变s轴向应变 e轴向应变 e 图7 轴向应变——环向应变曲线 图8 体积应变——轴向应变曲线 ·轴向应变（应力）变化率——轴向应力（应变）曲线……等近20种 六、典型试验及应用

（1）单轴全应力——应变曲线（Complete Stress-strain Curve）

（2）三轴全应力应变曲线

（3）孔隙水压对岩石变形及强度的影响

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（4）不同应力状态下岩石渗透特性的试验研究 （5）岩石及混凝土材料的低周疲劳特性试验

tcns （6）岩石及混凝土材料的蠕变（creep）（??o,???(t)）性质试验

（7）岩石及混凝土材料松驰（Relaxtion）(??const,???(t)性质试验

（8）加载速率对岩石变形与强度的影响

（9）应力路径（反复加卸载）对岩石变形及强度影响 （10）应力释放（Stress Relief）与岩爆机理研究

（11）应变软化（Strain Softening）与残余强度(Residual Strength)的试验研究

（12）节理及节理方向对岩石强度及变形的影响 （13）瞬时及长时强度（Long-term Strength）的试验研究 （14）工程应用中岩石强度、弹模及泊松比等参数测定

（15）配合其它试验设备进行相应的试验研究如声发射、岩石损伤等等。 应力峰值强度残余强度O应变 图9 典型全应力应变曲线图 图中：OA——裂隙压密、间隙调整段；B——弹性段；

C——弹塑性（应变强化或硬化段）；D——应变软化段；DE——塑性流动段。

（OA、AB、BC为峰前期；CD、DE为峰后期）

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fzar.html