1. 정의

암석 3축 시험기는 암석 재료의 3방향 응력 상태(즉, 포위압, 축압의 공동 작용)에서 역학적 특성을 측정하는 데 사용되는 전용 대형 시험 시스템이다.그것의 핵심 기능은 암석이 지층 깊은 곳에서 받는"진짜 3축"또는"가짜 3축"의 응력 조건을 시뮬레이션하여 복잡한 응력 환경에서 암석의 강도, 변형 및 파괴 특성을 얻는 것이다.

이는 암석력학적성질연구, 지질재해평가, 석유가스채굴, 지하공정설계 (예를 들면 턴넬, 광정, 수력발전탄실) 를 진행하는 관건적인 설비이다.

2. 작업 원리와 핵심 구성

암석 3축 시험기의 작업 원리는 독립적인 적재 시스템을 통해 원통형의 암석 시험 부품에 축방향 압력과 측방향 포위압을 동시에 가하고, 이 복잡한 응력에서의 변형과 강도 특성을 측정하는 것이다.

표준 암석 3축 시험기는 주로 다음과 같은 몇 가지 큰 시스템으로 구성되어 있습니다.

본체 프레임: 고압에서 안정적으로 작동할 수 있도록 역지탱을 제공하는 거대한 강성 구조.

축 로드 시스템:

역할: 시험 부품에 수직 방향으로 압력을 가합니다.

구성: 일반적으로 서보 모터, 볼트 막대 또는 유압 작동 실린더로 정확한 변위 또는 힘 제어를 실현합니다.

주변 압력 로드 시스템:

역할: 시험 부품에 균일한 측면 압력을 가합니다.

구성: 핵심은 3축 압력실로서 고강도용기로서 내부에 액압유 또는 기타 전압매체가 가득차있다.독립된 서보 제어 펌프를 통해 압력 실내에 오일 액체를 주입하여 시험 부품에 대한 등방향 포위압 적재를 실현한다.

구멍 압력 시스템:

역할: (고급 모델에 장착) 지하 암반의 유체 압력을 시뮬레이션하고 시험 부품의 배수 조건을 제어할 수 있습니다.

구성: 정밀한 유압 서보 펌프로 파이프라인을 통해 시험 부품의 상하단의 구멍과 연결된다.

측정 및 데이터 수집 시스템:

축 힘 센서: 시험 부품에 가해지는 축 하중을 측정합니다.

축방향 변위 센서(LVDT): 시제품의 전체 축방향 변형을 측정합니다.

루프 변위 센서 또는 변환 슬라이스: 시험 부품에 직접 부착하여 레이디얼 변형을 정확하게 측정합니다.

공극 압력 센서: 시험 부품 내부의 유체 압력을 측정합니다.

데이터 수집기: 모든 센서의 신호를 고속, 동기적으로 수집합니다.

컴퓨터 제어 시스템:

역할: 전체 장치의 "두뇌" 입니다.사용자는 소프트웨어를 통해 응력 경로, 로드 속도 등의 시험 시나리오를 설정하고, 시스템은 명령에 따라 각 로드 시스템을 정확하게 제어하며, 모든 시험 데이터를 실시간으로 표시, 기록 및 처리한다.

3.주요 시험 유형

배수 조건과 적재 경로에 따라 암석 3축 시험은 주로 다음과 같은 몇 가지로 나뉜다.

일반 3축 압축 시험:

과정: 먼저 시험부품에 일정한 포위압 (σ=σ을 가한 다음 포위압을 변하지 않고 축방향압력 (σ₁) 을 끊임없이 증가시켜 시험부품이 파괴될 때까지 한다.이것은 기초적이고 자주 사용하는 세 축 시험이다.

목적: 주로 암석의 가위질 저항 강도 파라미터(내중력 c와 내마찰각확정에 사용된다.

트루 3축 시험:

과정: 시험 부품의 세 가지 주요 방향(σ₁, σσ, σσ)에 각각 세 개의 서로 다른 독립적인 압력을 가한다.

목적: 더욱 복잡한 실제 응력장을 모의하여 중간 응력이 암석의 강도와 변형 특성에 대한 영향을 연구한다.설비는 더욱 복잡하고 비싸다.

3축 신장 시험:

과정: 축방향 응력(σ₁)이 포위압(σ=σ보다 작아 스트레칭 파괴의 응력 상태를 시뮬레이션한다.

목적: 저축압, 고위압에서의 암석의 파괴 특성을 연구한다.

공극수 압력시험:

과정: 일반적인 3축 시험을 바탕으로 시험 부품 내부의 공극수 압력에 대한 제어와 측정을 증가한다.다음과 같이 나눌 수 있습니다.

불고결 불배수 시험: 빠른 적재, 공극수 배출 불허.

고결 불배수 시험: 먼저 시험 부품이 포위 압력 하에서 충분히 배수하여 고결하게 한 다음, 다시 불배수 절단을 진행한다.

고결 배수 시험: 전체 절단 과정은 물이 천천히 배출되고 공극 압력이 일정하게 유지됩니다.

목적: 유체가 암석의 강도, 변형과 유효력 원리에 대한 영향을 연구하는 것은 석유 가스 매장량과 수리 공사에 매우 중요하다.

4. 핵심 역학 파라미터의 획득

시험 데이터 (일반적으로 축 응력 - 축 응변 곡선 및 레이디얼 응변 곡선) 를 분석하여 다음 주요 암석 역학 매개변수를 얻을 수 있습니다.

피크 강도: 암석이 견딜 수 있는 최대 축방향 응력.

잔여 강도: 암석이 파괴된 후에도 유지할 수 있는 강도.

탄성 계량: 탄성 변형 단계에서의 암석의 응력과 응변의 비.

박송비: 암석이 축방향에서 압력을 받을 때 지름방향의 응변과 축방향의 응변의 절대치의 비.

내중력과 내마찰각: 한 조의 부동한 포위압하의 시험결과를 통해 모어-쿨론의 강도포락선을 그려 구한것은 암석의 가위질저항강도를 표징하는 핵심매개변수이다.

* * dilatancy 각도: * * 잘라내는 동안 바위의 부피가 팽창하는 경향을 나타냅니다.

5.주요 응용분야

토목 및 교통 공사: 터널, 지하 동굴, 언덕, 댐 지반의 안정성 분석과 설계.

석유 및 천연가스 공업: 석유 및 가스 매장층 개조, 시추 우물벽 안정, 수력 압열 설계, 출사 예측.

광업공정: 광정지호설계, 광주안정성평가, 암폭예측.

지열 에너지 개발: 열 저장층의 역학적 응답을 평가한다.

지질재해예방퇴치: 산사태, 붕괴, 지면침강의 기리연구와 감시측정조기경보.

과학 연구: 암석 역학 본체 모형 개발, 단열 기리 연구, 심부 지질 과정 시뮬레이션.

6. 설비 전시