刚性压力机自学汇报

刚性压力机自主学习学习提纲

基本概念及岩石三轴试验机介绍混凝土抗压强度试验岩石试验机发展历史岩石试验机发展现状岩石试验机发展趋势总结1基本概念刚性：是指物体在受到力作用之后不会产生形变。压力机：是一种能使滑块作往复运动，并按所需方向给模具施加一定压力的机器。刚性压力机：刚性压力机是在使滑块作往复运动，并按所需方向给模具施加一定压力的同时，本身任何位置都不会产生形变的压力机。

严格的说来，没有任何一种压力机属于刚性压力机，因为刚性只是理想状态下的零形变，任何物体在受到力之后，都或发生变形，只是有的多，有的少，或者有的是可恢复的。岩石三轴试验机岩石三轴试验机又名岩石三轴直剪复合试验机。岩石三轴试验机是一种符合现代岩土力学研究领域，研究岩石（土）力学特性的新型试验设备。该试验机可根据用户不同要求配置围压系统、岩石引伸计、高低温系统、孔隙水压系统、岩石直剪试验系统、及岩石剪切、劈裂夹具等。可自动完成岩石在不同围压下的三轴压缩试验，孔隙渗透试验、高低温环境试验等并可进行单向低周循环及用户自行设置的组合波形程序控制等多种控制方式的三轴试验。在试验中采用宽调速范围的高性能电液伺服比例阀组及计算机数字控制等先进技术，组成全数字式闭环调速控制系统，在试验过程中能够自动精确地控制及显示试验力、围压、轴向变形、径向变形等，可实时地采集、存储、处理、显示试验数据及试验曲线，打印试验报告。控制范围宽、功能多、全部操作键盘化，各种试验参数由计算机进行控制、测量、显示、处理并打印，集成度高，使用方便可靠。岩石三轴试验机清华大学真三轴实验室岩石三轴试验机工程应用

岩石三轴试验是研究岩石力学的重要手段，岩石三轴试验数据是岩石力学一个重要参数。它能比较完整地模拟岩土在原始地应力状态下的力学性能，是工程设计的重要依据。由于深部岩石处于复杂的应力状态。在很多采矿工程中所遇到的岩体或矿体多处于三向应力状态，本身又是一种十分复杂的天然材料必须充分认识复杂应力，简单应力状态下的岩石应力试验不能完全反映工程实际中的岩体应力状态，反应真实情况下岩石的力学性质。因此开展三轴状态下的岩石试验研究显得十分重要。

岩石三轴试验机是研究岩石力学性质的基本试验设备，根据岩石试验规程以及目前的工程建设的特点，用现有的压力试验机改装研制出高性能的岩石三轴试验机，它可以应用于高围压的岩石三轴剪切试验、围压恒定条件下的岩石三轴蠕变实验。可以根据要求设定试验参数，整个试验过程采用微机控制，自动记录试验数据，是目前自动程度较高的、比较经济实用的岩石三轴试验设备。岩石三轴试验机主要功能特点试验要求：试验机能充分保证各项技术指标，载荷、变形、位移各通道自动清零；改造后能完成常规三轴实验（包括常规应变加载和应力加载），增加三轴全数字集成控制系统及采集控制软件，由计算机上位机完成实验参数的设定、试验条件和试验数据的自动存储；具备超载保护，自由配置试验结束条件等安全功能；可实现示值准确度的自动标定等。数据处理：试验软件包提供了强大的自动测试及数据处理功能，在整个试验过程中，可实时显示各工程量，轴向实时显示轴向载荷、轴向变形及应变，侧向实时显示围压和侧向缸位移，并可根据要求自由配置，轴向为变形和载荷控制方式；侧向为围压和位移控制方式；实时显示载荷-

时间、变形-时间、围压-时间、侧位移-时间及应力-应变曲线。操作方面：配备试验控制软件，操作简单明了、界面友好。安全保护：试验中，当负荷超过满量程的10%时因过载保护而自动停机。在系统具有过载保护的同时，还具有用户自由配置其他试验结束条件的功能。

2混凝土抗压强度试验

试件成型试件养护抗压试验数据处理试验步骤第一步第二步第三步第四步水泥混凝土抗压强度是按标准方法制作的150mm×l50mm×l50mm立方体试件在温度为20±3℃及相对湿度90％以上的条件下，养护28d后，用标准试验方法测试，并按规定计算方法得到的强度值。压力试验机以3个试件测值的算术平均为测定值。如任一个测值与中值的差超过中值的15％时，则取中值为测定值；如有两个测值的差值均超过上述规定，则该组试验结果无效。2混凝土抗压强度试验

2混凝土抗压强度试验试验仪器1．压力试验机：压力试验机的上、下承压板应有足够的刚度，其中一个承压板上应具有球形支座，为了便于试件对中，球形支座最好位于上承压板上。压力机的精确度(示值的相对误差)应在±2％以内，压力机应进行定期检查，以确保压力机读数的准确性。根据预期的混凝土试件破坏荷载，选择压力机的量程，要求试件破坏时的读数不小于全量程的20％，也不大于全量程的80％。2．钢尺：精度1mm。3．台秤：称量100kg，分度值为1kg。2混凝土抗压强度试验试验方法1．按试验一成型试件，经标准养护条件下养护到规定龄期。2．试件取出，先检查其尺寸及形状，相对两面应平行，表面倾斜偏差不得超过0.5mm。量出棱边长度，精确至lmm。试件受力截面积按其与压力机上下接触面的平均值计算。试件如有蜂窝缺陷，应在试验前3d用浓水泥浆填补平整，并在报告中说明。在破型前，保持试件原有湿度，在试验时擦干试件，称出其质量。3．以成型时侧面为上下受压面，试件妥放在球座上，球座置压力机中心，几何对中(指试件或球座偏离机台中心在5mm以内，下同)，以0.3～0.8MPa/s的速度连续而均匀地加荷，小于C30的低强度等级混凝土取0.3～0.5MPa/s的加荷速度，强度等级不低于C30时取0.5～0.8MPa/s的加荷速度，当试件接近破坏而开始变形时，应停止调整试验机油门，直至试件破坏，记下破坏极限荷载。2混凝土抗压强度试验数据处理（1）混凝土立方体试件抗压强度fcu(以MPa表示)按式（1）计算：（1）式中：F----极限荷载(N)；A----受压面积(mm2)。（2）混凝土抗压强度以150mmxl50mmxl50mm的方块为标准试件，其他尺寸试件抗压强度换算系数如表1。表1抗压强度尺寸换算系数表试件尺寸100×100×100

150×150×150200×200×200换算系数k0.9511.05骨料最大粒径（mm）3040603岩石试验机发展历史

试验机的发展简史

在试验机的发展过程中两大进步一是刚性试验机的应用；二是反馈伺服系统的实现。从开始的杠杆加载和手工操作，到目前的液压加载和计算机控制，试验机的功能越来越多，性能越来越好。

3岩石试验机发展历史

国外试验机的发展历史

1.最早的关于材料试验记录：1500年后Vinci完成的金属丝拉伸试验，他试验了多种金属丝的强度。1638年Galileo报导了材料的直接拉伸强度试验、固体以及空心梁的弯曲实验。1678年Hooke报导了他所完成的金属丝弹性和弹簧伸长实验。1729年Leiden大学的Musschenbroeck制造了第一台试验机，它是依靠一套简单的杠杆式装置进行加载。1740年Mariotte完成了木材、纸和金属的拉伸强度以及嵌入梁和简支梁的强度试验研究。大约1770年Gauthey研究巴黎圣·吉纳维夫教堂的支柱时，设计了一台也是由杠杆系统加载的试验机，并且第一次完成了边长为5cm立方体岩石的力学试验。2.早期发展阶段：1865年Kiiryaldy在伦敦索斯沃克大街开设第一个工业用试验室，其中安装有一台1000000磅的试验机。3岩石试验机发展历史

国外试验机的发展历史

3.快速发展阶段在试验中，人们逐步发现试验机的刚度对试验结果具有重要影响，因而采用不同的方法提高试验机的刚度以获得材料的全应力-应变曲线。1935年Speath在对铸铁做压力试验时曾怀疑试验机的刚度小于铸铁的刚度而引起试验的失真。1938年Kiendl和Maldari测到混凝土强度极限以后的读数，当时没有引起人们的重视。1943年由Whitney第一次明确提出并解释了试验机刚度对试件破坏有影响。1949年Blanks和McHerry在试验中发现，试验机刚度的重要性并强调要控制试件的破坏过程就必须提高试验机的刚度。1962年Turner和Barnard研制了一种刚性机架、油缸面积大、且高度低的试验机，该机能产生一个与载荷无关的恒应变率，从而为测得材料的完整应力-应变曲线打下基础。1962年Blanks第一次测得混凝土的荷载-位移全过程曲线。1964年Hinde研制了一种通过两个压力油缸相连接的双动式作动筒刚性补偿器，以此来增大液压试验机的有效刚性。1965年，南非的Cook通过在普通材料试验机上增加一截钢管，对钢管和试件同时加

载而有效地减轻了试件破坏的突变程度，深入研究了试验机刚度对岩石强度的影响。1966年，Cook和Hojem通过先对试件预加载，尔后利用试验机架柱热膨胀收缩的方法第一次得到大理岩完整的全应力-应变曲线。1966年Hughes和Chap-Man通过并联在十字头下面的压缩钢块而增大了1000t万能试验机的有效刚性。1970年Wawersick和Fairharst采用手工伺服控制刚性试验机测得了多种岩石的应力-应变曲线。20世纪70年代初期研制成功电液伺服试验机。液压伺服是刚性试验机的一种控制方式，它是利用脉冲反馈原理驱动机械运转的自动控制技术。在伺服控制刚性试验机中，压头的位移和位移速率、荷载和加荷速率等都能靠反馈来完成。由于电液伺服试验机能够绘制岩石试件的峰后应力-应变曲线，所以在岩土工程研究和应用领域发挥了更重要的作用，并促进了岩土力学的发展。3岩石试验机发展历史

国内试验机的发展历史

3.早期发展（1980年以前）长江－500型岩石三轴应力试验机国家地震局地质研究所设计的三轴试验机生产于20个世纪50年代长江流域规划办公室

与长春试验机厂联合设计我国最早的岩石三轴试验机之一技术指标和各项参数的测量和记录装置与国外设备相比较为落后最大轴向力为5000kN，侧向压力为150MPa

围压可达1000MPa，设计温度指标为300℃～400℃，最大试样尺寸为40mm×96mm

3岩石试验机发展历史

国内试验机的发展历史

3.进口学习阶段水利部黄河水利委员会水科所装备了由日本谷腾株式会社生产的轴压为2000kN、围压20MPa的岩石三轴仪中国科学院武汉岩土力学研究所、北京水科院从美国引进了MTS815型岩石试验系统，当时国内将其称之为刚性试验机，技术参数：轴压为4500kN、围压为140MPa。从美国引进的MTS815型电伺服单轴试验机，后改造为三轴试验机长沙矿山研究院，1986成都理工大学“地质灾害防治与工程地质环境保护”国家专业实验室，1994MTS815型单轴程控伺服岩石试验机长江科学院，2007MTS815.04型岩石三轴试验机，该机为专门用于岩石及混凝土试验的多功能电液伺服控制的刚性试验机，具备轴压、围压和孔隙水压3套独立的闭环伺服控制功能，属当前最先进的室内岩石力学试验设备之一

中国矿业大学（北京）岩石混凝土破坏力学实验室

和日本岛津公司合作研制的EHF-UG500kN型全数字液压伺服三轴试验系统。

3岩石试验机发展历史

国内试验机的发展历史

3.自主研制时期长春试验机厂与武汉水电

学院联合研制的RYS-7岩石三轴流变仪装备在武汉

水电学院实验室，仪器轴向力为100kN、围压为30MPa中国科学院地质与地球物理研究所和长

春试验机研究所协作研制的用于高温高压岩石力学性质研究的高温高压三轴试验机是当时具有代表性的三轴试验机，最高温度达1000℃，最大围压为1Gpa。许东俊主持研制了RT3型岩石高压真三轴仪试验机中国科学院武汉岩土力学研究所，1989

中国科学院武汉岩土力学研究所，2006白世伟科研团队研制成功大型岩土工程模型试验机，可进行地下工程三维试验及软岩试件力学特性试验

中国矿业大学（北京校区）岩土工程研究所装备有真三轴软岩非线性力学试验系统，该系统实现三向荷

载独立控制，最大压力为450kN，最大拉力为75kN山东大学朱维申研究团队研制了规格为2.5mx2.5mx

0.8m的洞群地质力学模型架、3.2mx7mx4.0m的三维地质力学模型试验组合式台架和4.5mx2mx3.5m的三维钢结构模型试验台架中国矿业大学刘长武研制了规格为2.6mx1.4mx1.8m三维采矿物理模拟试验装置刚性试验机真三轴试验机3岩石试验机发展历史

国内试验机的发展历史

3.自主研制时期中国科学院武汉岩土力学研究所研制的RDT-10000型高压岩石动力三轴仪是我国最早自行研制，也是目前最大吨位具有冲击加载性能的大吨位岩石动三轴试验机成都理工大学岩石高压渗透试验装置，其围压和渗透压可达30MPa，轴向荷载可达4000kN，试样直径分别为50、100、150、200、300mm，并且可对相应规格下的方柱体试样进行渗透性测试含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置，其最大轴压为100MPa，最大围压为10MPa，最高加热稳定温度为100℃，最大瓦斯压力为2MPa，试件尺寸为50mm×100mm。

重庆大学中国矿业大学在MTS815.02型岩石伺服试验机系统的基础上改进了渗透试验系统，其轴压为2700kN，围压为50MPa，系统孔隙水压可达50MPa太原理工大学采矿研究所自行研制的MDS-200型（大岩样）三轴渗透实验台，可对100mmx100mmx200mm的长方体裂隙岩块进行渗透性测试动力三轴试验机有渗透功能的试验机

国内自行研制的TAW-2000微机控制岩石三轴试验机和RL-200型岩石流变仪分别于2007年和2009年出口南非共和国，装备于Rocklab实验室。表明了我国岩石三轴试验机的制造技术已经步入了成熟稳定阶段并得到国际上的认可。

4岩石试验机发展现状

国内试验机的发展现状当前，我国岩石三轴试验机的制造技术日臻成熟，特别是全数字（液-电、机-电）伺服反馈技术

的熟练应用及采用国外如德国Doli公司EDC全数字测控器、美国MOOG伺服阀、日本Panasonic伺服电机、日本NACHI静音油泵等关键元器件之后，使岩石三轴试验机在功能、性能、稳定性等方面都得到了显著改善，并可以根据不同需要进行针对性地研制，已具有批量、规模化生产的能力。目前国内岩石试验机具有的试验功能一般有：三轴试验、剪切试验、蠕变试验、高温试验、低温试验、耦合试验、差应变试验和渗流试验等；常用的控制方式有：应力控制、应变控制、位移控制、速率控制、压力/流量控制、幅频控制和波形控制等；检测手段有：声发射、超声波和CT扫描等。4岩石试验机发展历史

国内试验机的发展现状近年来，国内部分大专院校、科研院所根据各自的研究需要设计研制了不同性能参数的岩石三轴

试验机，总体发展趋势是功能逐渐增多，控制精度越来越高。其发展是用户和厂家共同研究的成果，

部分具有代表性的岩石三轴试验机及其装备的实验室如表2所示。5岩石试验机发展趋势

CT扫描岩石三轴试验机特点：CT扫描是当前岩石三轴试验机的新功能，有着广泛的发展和实用前景。CT扫描虽然只是一种监测手段，但它完全弥补了常规三轴试验机所无法实现的功能。发展方向：目前的CT岩石三轴试验机，已经实现了沿轴向直线移动、断层扫描功能。根据需要，应该向具有绕轴线旋转、沿轴向直线移动、断层扫描功能的方向发展。目标：是在试验过程中对试件内部结构的变化进行全方位监测，进一步了解试件内部结构的局部变化、细微变化及变化趋势，掌握试件在不同受力条件下的性状。为岩石断裂力学微观研究、分形研究和工程应用研究提供可靠的科学依据。

5岩石试验机发展趋势

三轴剪切渗流试验机三轴剪切渗流试验机是研究地质灾害生成机制的新型仪器，虽然国内有3个实验室已经投入运行，但作为一种新型的试验手段仍存在不足，比如渗流水压相对较低等。对渗流控制、防渗等方面需要进一步完善，模型的合理尺寸需要科学论证，