GCTS岩石力学试验系统简介

GCTS岩石力学试验系统调研学生：吴斐2018.05.10外观GCTS-RTR岩石三轴仪标准：符合ISRM岩石三轴测试要求符合美国ASTMD2664-04标准参数对比参数MTS815RTR-3000轴向荷载4600KN3000KN框架刚度10.5e9N/m10e9N/m围压、孔压和渗透压140MPa210MPa温度200°C200°C拉伸荷载2300KN200KN试样尺寸Φ100×L200mm，Φ50×L100mm（可兼容100mm以内其他直径尺寸的岩样）试件直径范围从25mm到100mm，高度为直径的2倍渗透率测量范围1×10-16~5×10-20m2做渗透和蠕变实验时，可以做声波和声发射测试，检测波速变化，同时采集声发射信号快速脉冲衰减渗透测试法可达10-20m2参数对比AE系统岩石三轴声波声发射一体化测试系统（川大MTS没有），可以实现岩石单轴、三轴试验等试验过程中的声波、声发射及动态弹模、泊松比，应力与应变等信息的同步测试，实时采集各类信号的能量、幅值、计数、频率等参数，岩石声发射位置的定位，评价岩体损伤破裂趋势及状态，可以一次性、多通道地同步采集岩石声波、声发射信息，可用于微振监测、岩爆监测、岩石强度测试、岩石裂纹扩展三维定位分析，实现岩石破裂过程中声发射震源位置的准确定位，监测岩石破裂过程中的纵波、横波波速变化趋势等。6通道声发射信号处理，每个通道每秒10MSPS采样率、18位的分辨率，每个通道，4个高通和6个低通滤波选择、6个前置放大器，可以切换增益，10kHz-1.2MHz的滤波带宽和低噪音、可实时进行单轴或三轴三维定位AE事件、最大围压可达140MPa；温度：200℃超声波系统ULT-200超声波速测试系统：20MHz采样速率，16位分辨率，P波和S波波速测量超声探头，其晶体频率：200kHz、1MHz，超声波传感器耐压：210MPa，耐温：200℃，可同时测轴向和横向超声波传播常规试验单轴压缩试验、直接拉伸试验、巴西劈裂试验、断裂韧性实验、蠕变试验及松弛、三轴围压系统、三轴孔压系统、支持水压致裂试验、渗透试验模块以及做相应试验用的模具单轴或三轴压缩、蠕变、松弛、抗压强度、抗拉强度、弹性模量、体积模量、剪切模量、内聚力和内摩擦角、泊松比、渗透率、应力敏感性、动态岩石力学参数参数对比渗透试验MTS815试验系统可做多种渗透试验，包括间断渗透和气体渗透（川大MTS没有）可做多种渗透试验，具有HPVS-400防腐孔隙流体传递容器：防腐蚀容器，用于盐水等腐蚀性液体，连接孔压增压器和岩石三轴压力室，用于岩石三轴试验中进行孔压控制，渗透测试中的水头压力，水压致裂测试中流体压力等。绝对压力范围：140MPa，可选210MPa、差压范围：1000kPa、体积容量：400cc，具有压力和排泄孔；具有油-水-气相对渗透率测试装置：接入GCTS公司控制器和后处理软件所有部件同步控制，保证所有数据同步采集、单泵体积：103ml、流速范围：0.00001ml/min-60ml/min、驱动分辨率：9.6nL、流速精度：设置点的±0.3%、压力：0-70MPa；真三轴试验不配备独立控制σ1,σ2,σ3或者ε1，ε2，ε3、应变测量，LVDT传感器量程+/-2.5mm，精度0.25%、试样尺寸：50×50×100mm、最大工作压力70MPa、最大工作温度150℃，且可以独立控制三向应力大小和加卸载，可以模拟岩爆试验参数对比优缺点优点：MTS815研发时间长，属于标准化批量生产设备，系统可靠性高，国内多套MTS815试验系统使用三十多年，仍保持好的稳定性；一体化的刚性框架，保证单轴与三轴试验的全应力应变曲线；缺点：渗透模块功能不具备抗腐蚀特性。没有真三轴模块优点：此系统不仅可以完成高温高压下常规岩石力学测试试验，同时可以在岩石三轴仪压力室内完成高温高压岩石真三轴情况下力学特性试验，且可以独立控制三向应力大小和加卸载（最高70MPa），可以模拟岩爆试验；围压、孔压和渗透压均达到140MPa；声发射探头承压和耐高温分别为140MPa和200°C，且超声波测试可同时监测轴向和横向波速变化；渗透测试功能木块较优秀，具有防腐孔隙流体处理模块：用于盐水等腐蚀性液体，连接孔压增压器和岩石三轴压力室，用于岩石三轴试验中进行孔压控制，渗透测试中的水头压力，水压致裂测试中流体压力等；高级一键全自动密封技术，无需操作。缺点：力学模块比MTS要差当前报价约770万元。（MTS总部还在准备定制型的腐蚀介质渗透的报价方案）免税价格156万美元约1000万元RTR-3000简介GCTS试验系统RTR-3000简介压力室围压/孔压压力体积控制柜RTR-3000简介软件界面高温控制测量装置RTR-3000简介断裂韧度试验装置巴西劈裂装置RTR-3000简介水压致裂实验装置真三轴装置RTR-3000简介直接拉伸试验装置ULT-200超声波测量控制器RTR-3000简介声发射装置CVA波速各向异性RTR-3000简介DSA差应变测量装置HPVS-400防腐孔隙流体传递容器RTR-3000简介快速脉冲衰减渗透RTR-3000试验曲线应力应变曲线岩石单轴压缩实验实验对象：直径50mm大理岩实验条件：静态加载，采用轴向应变0.002%/s控制加载实验结果：峰值强度57.6MPa（113.06kN）RTR-3000试验曲线应力应变曲线岩石单轴压缩实验实验对象：直径50mm大理岩实验条件：静态加载，采用轴向应变0.002%/s及径向应变-0.002%/s控制加载实验结果：峰值强度（78.63MPa）154.72kN荷载曲线RTR-3000试验曲线装样及破坏后的试样岩石三轴压缩实验实验对象：直径25.5mm，高度49.68，质量57.67g实验条件：静态加载，采用轴向应变0.02%/s控制加载，围压：45Mpa实验结果：峰值强度182MPa应力应变曲线RTR-3000试验曲线装样及破坏后的试样岩石动态三轴压缩实验实验对象：砂岩，长101.3mm，直径：49.62mm实验条件：运用动态加载模块进行动态试验，并进行多级加载，直到试样破坏实验结果：岩石破坏强度59.3MPa，残余强度29.6MPa应力应变曲线RTR-3000试验曲线超声波实验超声测试是一种无损的检测方法，可以得到压缩波（P波）和剪切波（S波）的波速信息，这些波速用来计算动弹性常数，如泊松比、杨氏模量（E）、体积模量（K）和剪切模量（G）。超声波测试系统RTR-3000试验曲线超声波实验P波S波系统也可以获得单个测量结果或者预设次数的多个测量结果和其他测试参数。T1，T2和T3是脉冲发生端，RX1，RX2和RX3是接收端，分别采集P波、S1波和S2波。可以通过OUTPUT端口可以把测试波形输出到通用的示波器上。RTR-3000试验曲线声发射实验RTR-3000试验曲线声发射实验RTR-3000试验曲线声发射实验RTR-3000试验曲线断裂韧度实验实验对象：直径50mm大理岩实验条件：静态加载，采用框架位移0.002mm/s控制加载实验结果：峰值强度1.102kN断裂韧度实验示意图RTR-3000试验曲线水压致裂实验实验对象：直径50mm，中孔直径6-8mm的大理岩实验条件：40MPa围压、80KN轴向力、20MPa孔压，静态加载，采用孔压位移0.002mm/s控制实验结果：如下图所示，峰值51.55MPa水压致裂实验示意图RTR-3000试验曲线真三轴实验实验对象：50mm×50mm×100mm大理岩实验条件：40MPa围压、30MPa孔压，静态加载，采用框架位移0.002mm/s控制实验结果：如下图所示，峰值214.29MPa真三轴实验示意图真三轴试验曲线RTR-3000试验曲线真三轴实验实验对象：边长50.03×50.03mm，高度100.18mm的长方体样实验条件：先三个主应力方向以相同加载速率加压到10Mpa,保持最小主应力不变，然后中间主应力方向和最大主应力方向以相同加载速率加压到40MPa，保持中间主应力大小不变，最大主应力一直加压直至试样破坏。真三轴实验示意图真三轴试验曲线RTR-3000试验曲线直接拉伸实验实验对象：100mm×150mm石灰岩实验条件：静态加载，采用框架位移-0.002mm/s控制实验结果：如下图所示，峰值-13.4kN直接拉伸实验示意图RTR-3000试验曲线巴西劈裂实验实验对象：直径50mm，厚度50mm的大理岩实验条件：静态加载，采用框架位移0.002mm/s控制实验结果：峰值为17.801kN巴西劈裂实验示意图巴西劈裂试验曲线RTR-3000试验曲线CVA波速各向异性实验GCTSCVA-100径向波速各向异性测试仪用于岩石地应力测试，可以用来测量岩心试件不同角度和高度的的压缩P波河剪切S波的波速，从而确定岩石上的主应力方向。CVA波速各向异性实验模块RTR-3000试验曲线DVA差应变实验GCTS差应变曲线分析测试仪（DSA-12）用于测试受压条件下的方形岩石试件，以确定其原位应力状态。使用DSA-12可以得到裂缝闭合的裂缝孔隙分布特性以及在其它参数中用到的裂缝闭合压力的裂缝方向。DSA-12提供12个高精度的能承受140MPa压力的LVDT电缆出口密封件，将压力室内的电缆引出压力室。DVA差应变实验模块实验结果曲线RTR-3000试验曲线快速脉冲衰减渗透实验测试的原理是，在一定的应力条件下（设定轴压和围压），固定试样一端的孔压，降低另一端的孔压，这样在试样的两端形成初始的渗透压差，随着流体在岩样裂缝中渗流，孔压差不断降低，测定孔压差在一定时间段内的衰减过程，就可以按照如下公式计算出试样在这一应力状态下的渗透率。快速脉冲衰减渗透实验模块试验示意图RTR-3000试验曲线快速脉冲衰减渗透实验初始差压：550.2kPa，结束差压：10.2kPa，测试时间：2306.5s渗透系数K=3.42uD。初始差压：637.1kPa，结束差压：10.1kPa，测试时间：2028.5s渗透系数K=4.04uD。RTR-3000试验曲线升温实验升温至200℃加热带RTR-3000试验曲线复合渗透实验本实验的测量方法主要是通过对上游渗透探头施加瞬态渗透压，测量下游渗透压力的反应，根据边界条件来评估和计算岩石试样的渗透率。RTX-3000外观MTS815岩石力学实验系统MTS815岩石力学实验系统谢谢！