真三轴循环扰动应力对煤岩力学特征模拟

真三轴循环应力作用下煤体物理场演化试验

真三轴循环载荷作用下煤岩力学加载试验系统

一、设备介绍

本装置以煤岩为研究对象，精准模拟真三轴循环应力条件（等效于采动扰动）与不同初始瓦斯压力工况，系统研究煤体内部瓦斯压力、应变随循环次数的变化特征，深入揭示瓦斯分子在循环应力扰动下的运移富集规律，进而构建循环应力- 瓦斯压力 - 煤体应变的量化关联模型，为深部煤与瓦斯共采的安全保障提供坚实的试验依据与技术支撑。

二、主要设备参数

1.主应力油缸(垂直压力)压力:2000KN、3000KN、5000KN

试验力测量精度:±0.5%FS

加载频率:0.001-50Hz、0.001-10Hz、0.001-5Hz

主压行程:200mm;主应力油缸数量:2个

2.第二应力油缸(水平横向)压力:2000KN、3000KN、5000KN

试验力测量精度:±0.5%FS

加载频率:0.001-50Hz、0.001-10Hz、0.001-5Hz

主压行程:100mm;第二应力油缸数量:2个

3.第三应力(围压)压力:50Mpa、50Mpa、100Mpa

试验力测量精度:±0.5%FS;加载频率:0.001-10Hz

4.变形测量

变形测量范围:0-12.5mm;引伸计数量:6个;

变形测量精度:±0.5%FS变形测量分辨率:0.001mm

5.试样尺寸

真三轴试样:煤样或相似材料试件（50mm×50mm×100mm 长方体）

6.渗流

介质:水/二氧化碳/氢气/氮气/

压力:20MPa  速度:0.001-10mL/min

三、关于试验

技术原理：

真三轴试验是通过独立控制三个正交方向的应力，研究岩石在复杂应力状态下力学特性的试验方法。该试验采用长方体或立方体试件，通过刚性压板或液压系统实现三向非等应力加载，能有效揭示中间主应力对岩石强度、变形及破坏模式的影响规律。

煤样制备

将煤岩制成尺寸为50 mm×50 mm×100 mm(尺寸允许误差范围±0.25 mm)的长方体试样。将制备好的长方体煤岩试样放入烘箱中烘干至恒重后用保鲜膜包裹好备用。

安装与预加载

将试件放入压头中心流体通道，调整位置确保上下左右压头接触试样。启动数据采集系统，预先加载压力检查异常情况，随后拧紧Y方向压头螺丝并贴合试样。 ‌

循环加载

采用力控制方式分步循环加载，顺序为Z向→X向→Y向→Z向，每个方向加载后需保持稳定再进行下一方向加载。最大荷载可达1200MPa（σ1），最小可达100MPa（σ3）。 ‌

数据采集

通过位移传感器（精度0.1μm）、孔隙压力传感器等实时监测三向应变和力学参数，记录应力-应变曲线及声发射响应。 ‌

卸载与观察

卸载顺序为Y向→X向→Z向→Y向，取出试件后观察形态变化，重点分析钻孔对煤体破坏模式的影响。 ‌