德國Wille全自動巖石真三軸測試系統

德國Wille全自動巖石真三軸測試系統*特色的試驗測試系統是為研究各種尺寸及各向應力約束(σ1≠σ2≠σ3)條件下的巖石特性量身定制的解決方案，適用于地球熱能方向的研究者、水文學家、石油資源工程師和礦產開發、地球物理和巖土工程技術領域的研究者的研究用途。

系統可以測試從花崗巖到泥石的廣泛材料，以及高強度易碎巖石的破壞條件。

德國Wille全自動巖石真三軸測試系統設計為通過三個獨立控制的基本軸(σ1≠σ2≠σ3)對立方體試樣施加應力，可達600MPa。

試樣室可放置立方體試樣，尺寸達300mm，還有配備溫度控制選項，控制溫度達200°C，以及孔隙水壓力裝置，壓力達到210MPa，可以連續進行聲發射記錄，聲速和滲透性（瞬變或穩態）測量。
 

主要特點

• 高強度獨立結構設計。
• 六個(6)液壓作動器，施加獨立應力(σ1≠σ2≠σ3)荷載達600 Mpa。
• 立方體試樣三軸室，適合不同尺寸的試樣，300*300*300mm。
• 高壓壓盤和低摩擦系統相結合 。
• 六個(6)高精度位移傳感器， 測量每個面的應變。
• 動態高速閉環控制荷載、位移、位置、體積或流量的閉環控制 。
• 靈活的控制軟件，可以幾乎毫無限制地執行所有真三軸測試程序。

技術規格

• 三個主應力軸的荷載     1400 kN  
• 荷載精度                            0.2%
• 體積分辨率                         0.01 cm3  
• 試樣尺寸                     300 mm  
• 溫度控制范圍（可選）        200 °C 
• 孔隙壓力（可選）        140 MPa

選件

• 液壓破碎測試
• 滲透性測試
• 孔隙水壓
• 非飽和條件
• 與聲發射結合測量P-波和S-波的系統 
• 溫度控制系統，控溫 200 °C
• 系統可施加不同的應力路徑或應變速率
• 液壓動力單元配備高質量噪聲保護和急停功能
• 用于測試參數優化和調整的數字式PID參數設置
• 實時圖形軟件，有縮放和定格功能，可隨時打印輸出
• 可擴展的實時高分辨率數據采集和閉環控制系統

巖石真三軸測試單元
立方體真三軸高壓測試三軸室安裝于堅固的機架之上執行巖石試樣的真三軸測試。
能夠在每個基本應力方向上進行靜態應力-應變測量(σ1、σ2 、σ3)。
這個三軸室的設計可滿足不同立方體試樣需要，尺寸300 mmx300mmx300mm(更大尺寸的測試單元可根據需求定制）在執行測試需要下列組件，可以實現對一系列不同尺寸的試樣施加不同應力的不同測試：
6個液壓伺服作動器，荷載可達600MPa
壓力控制精度0.1%
每個作動器行程10 mm
6個集成的高精度位移傳感器(LVDTs)，用于每個應力方向上的應變測量，分辨率0.0001 mm
高壓不銹鋼盤與液壓作動器連接，實現立方體試樣上的應力分布
高壓盤結合有摩擦減低系統
 

特性
系統可施加不同的應力路徑或應變速率
系統可承受動態荷載
使用輔助機械部件和適配器，系統可測試更小尺寸的試樣(邊長150mm,100mm 和 50mm)。
 

三軸室可配置下列輔助系統：

• 一套聲發射系統
• P-和 S-波測量
• 輔助安裝裝置，如：被動電子測量系統
• 三軸室可注入液體（也可以含鹽）到立方體各個表面，進行加載條件下的破裂測試(鉆孔注液測試)
• 伺服液壓動力單元
  通過德國MOOG(穆格)伺服閥為6個液壓作動器提供恒定壓力。

特性

• 油箱低噪聲水冷系統
• 低噪聲內置齒輪泵，恒定液壓油量輸出
• 液壓油過濾器，帶過濾器阻塞指示
• 油溫保護 (系統超溫關閉)
• 電器安全模式下電機功率指示
• 電器開關板集成啟動器、繼電器，噪聲保護架內配置遠程控制單元，包含相應連接電纜
• 包含滿裝用量的液壓油 (單獨發送)
• 噪聲水平：58 dB

安全保護限制

• 系統可安全關機和/或軟件上報告原因：
• 加載限制達到
• 位移限制達到
• 應變限制達到
• 急停按鈕按下
• 急停按鈕位于機器和控制臺上 。

數據采集系統
數字實時多通道控制系統，可達1000kHz閉環控制頻率，包含高分辨率數據采集系統，2個獨立或2對液壓伺服作動器及其全部放大器和智能傳感器插頭 。

主要特點

• 高性能多通道控制系統
• 可擴展到12個控制器，有主/輔之分
• 閉環控制，1毫秒的采樣速率(每秒1000數值)
• 控制器是一個數字控制器，這意味著所有調整，如PID參數等的調整均可以軟件完成
• 接口：以太網接口 。
• 可平穩地在荷載、位置和應變控制之間轉換
• 幾乎所有的模擬或增量傳感器均可通過插卡連接
• 所有傳感器的校正存儲在傳感器插頭上的EEPROM上
• 通訊使用串口，USB或以太網端口

增壓器
先進的數字式液壓伺服閉環控制增壓器產生的液壓壓力供給3個加載軸系統對立方體試樣加壓的液壓作動器，壓力達到150 MPa。
 

主要特點

恒定壓力或壓力梯度的測量和閉環控制
多通道數字高分辨率控制器，數字PID參數控制
 

系統包括
液壓動力單元提供初級壓力（見前文）
帶油箱的分離式注油泵用于次級加壓
閥控制系統
高精度位移傳感器,
德國Moog伺服閥
高精度壓力傳感器, 0.1% 精度
連接油缸的高壓油管
連接到液壓動力單元的液壓油管
 

選項
低噪聲，高精度電機增壓器
可選不同壓力流體的無腐蝕分離系統
 

軟件
GEOsys軟件可以任意定義可編程測試標準程序和復雜測試順序。可以在控制和數據采集軟件圖形化用戶界面中的結構窗口中完成.用于在材料測試（巖石和混凝土）中閉環控制靜態和動態測試，任意編程測試控制順序，還有計算公式編輯功能。

通過菜單,可快速訪問測試設置和按標準測試程序測試所需的所有控制。

軟件可以創建無限次測試步驟，設置實時閉環控制的交互和計算參數。不限制可同時控制的控制和測量通道數量。

可接受不同的附加測試組件。

單獨配置數據采集(采集速率，參數設置,記錄類型，如 ASCII格式)

測試過程中，所有通道或測試裝置的測試參數的交互式改變。

各種操作者和不同用戶平臺的系統參數設置(配置，PID參數,傳感器配置, 可靠性范圍)

當出現問題時，有自診斷和自動警示。當突然停電，系統自動保存數據并采取自動保護措施，有過載保護功能 。
 

試樣準備附件
有立方形/圓形測試試樣準備裝置，超過ISRM標準要求。
有不同試樣尺寸的試樣準備附件和裝置，可按要求制作，包括：
- 巖石鋸,成套適當的附件
- 巖石磨削機
從更大的巖石塊切割成要求尺寸巖石立方形試樣。更大的立方形試樣使用高精度磨削機壓縮到所需尺寸的測試試樣。
在每個表面的高精度磨平保證試樣邊緣*均勻，達到邊緣密封的要求。
 

選項/升級
巖石真三軸測試系統有不同的選項，如：
水壓致裂測試模塊
執行水壓致裂測試，需要在試樣一個表面的中央鉆孔，水壓致裂端口被嵌入這個面并對著荷載盤密封。 然后所需的水壓將通過嵌入的端口施加到預先鉆孔中。
注射液體或氣體,我們提供多通道的高壓泵系統和與試樣尺寸一樣的高壓盤，注射流體進試樣表面的中央。
如果流體從多面注入，就需要訂購附加的高壓泵。
 

滲透性測試模塊 
系統可以進行滲透性測試升級。三軸室可以在每個方向升級到滲透性測試模式，包括對每個面進行特別的密封。
在每個盤的表面，連接一個端口到增壓器以便在每個應力方向施加不同的孔隙壓力，執行定向的滲透測試 (穩態方法)。這包含特別制作的立方形密封，以隔離每個表面/孔隙壓力方向。
壓力泵可以設置為恒流速或恒壓力模式。
流體穿過試樣，然后通過過濾器向下排出，進入到蓄流容器。
執行滲透測試,需要有兩個壓力增壓器,每個方向一個 (上溢流和/或下溢流)。
關于壓力泵的詳細的信息，參見 “壓力增壓器”。
 

孔隙水壓測試模塊
機械和液壓破碎可以在無需施加孔隙水壓的干和飽和條件下執行。后者，試樣在三軸室外面進行飽和處理，在飽和條件下安裝入測試三軸室。
系統可做施加和測量孔隙水壓的升級。這樣系統可以執行增加孔隙水壓（150MPa）條件的機械和液壓破碎測試。
每塊加載盤表面有一個孔隙液體流入端口，用于傳遞和測量液體沿每個基本應力軸的孔隙壓力。
首先被添加到每個裝置上的是立方形高壓殼，可承載150 MPa壓力，可執行在增加孔隙水壓到100MPa的條件下的機械測試和液壓破碎測試。
其次，施加孔隙壓力，在每個加載方向需要有增壓器（上溢流和/或下溢流）。
 

濕度控制測試的測試模塊
非飽和條件：
系統應該允許注入低壓空氣控制試樣內部的相對濕度以控制試樣吸入條件。
升級非飽和條件，(在低壓條件下)，包括低壓殼體，外圍壓力室壓力可達500kPa，空氣壓力控制器可控制試樣內部相對濕度的飽和度以控制吸入條件(沒有專門的濕度控制裝置)。
 

結合聲發射裝置測量p-波和s-波超聲波測試模塊
先進緊湊的超聲波測試系統用于測量P-波和S-波速度以及聲發射測量
 

特性
成套系統包含超聲波的發射、接受、轉換和監測。
多通道調制、脈沖發生、高速數據采集和計算機接口
所有功能通過鼠標操作，10MHz帶寬接受器
 

整套包含：
剪切和壓縮波傳感器組，集成到安裝試樣和聲發射的三軸壓力盤內

溫度控制升級到 200 °C
系統可升級為溫度-水-力學耦合系統（THM），巖石試樣溫度200°C。

試樣加熱室設計用于高壓/高溫立方形單元，溫度達到 200°C。
加熱室
25mm 厚的隔熱層
加熱室外層由不銹鋼制作
內部單元溫度傳感器閉環控制，加熱精度+/-0.2K , +/-1K ，整個試樣表面
溫度范圍，室溫以上+5°C到 200°C
控制系統 ，可同時顯示測試過程中的實時溫度和設定溫度
具有通過PC軟件的可編程功能
外部數據采集和測試控制的控制端口 (可選)
外部溫度傳感器，用于溫度極限檢測和安全保護