手动液压千斤顶作为一种精密工具，在压痕实验中用于对岩石样品施加侧向围压。通过将千斤顶与压力表配对，研究人员可以手动生成并维持特定的载荷环境——例如 2.5 MPa 或 5 MPa——来模拟地下深处的应力条件。这种设置可以准确地观察环境应力如何影响岩石破碎机械（如圆盘切割器）的效率。
核心见解：手动液压千斤顶通过引入受控的侧向约束，架起了实验室条件与真实地质之间的桥梁。这揭示了围压、内部裂纹扩展以及岩石断裂所需力之间的关键关系。
围压在岩石力学中的作用
模拟深层地质条件
在其自然状态下，岩石很少处于无围压状态；它们承受着周围地质材料的巨大压力。
为了在实验室中复制这一点，手动液压千斤顶充当围压施加装置。它从侧面挤压岩石样品，模拟隧道或深孔中岩石表面所承受的环境应力。
手动控制的精度
该系统依赖于液压千斤顶与灵敏的压力表的配对。
这种组合可以精确设置初始围压。研究人员可以输入精确的应力值——在实验设置中特别提到为 2.5 MPa 或 5 MPa——来测试不同的深度场景。
对压痕动力学的影响
改变裂纹扩展
使用千斤顶的主要科学价值在于观察断裂力学中的变化。
无围压的岩石断裂方式与有围压的岩石不同。侧向载荷的应用会影响内部裂纹扩展，通常会限制表面损伤，并迫使裂纹在样品微观结构内部以不同的方式发展。
影响所需载荷
侧向应力的存在从根本上改变了断裂岩石所需的能量。
通过使用千斤顶施加约束，研究人员可以测量所需压痕载荷的增加。这些数据对于理解圆盘切割器在深处穿透岩石所需的额外力与地表条件相比至关重要。
理解权衡
手动一致性限制
尽管有效，但手动液压系统会引入人为变异的可能性。
与伺服控制系统不同，手动调整需要仔细监控以在整个实验过程中保持恒定的压力，特别是如果岩石在失效前发生显著变形。
模拟范围
手动千斤顶提供静态侧向载荷，这是地质应力的一种简化模型。
它有效地模拟了侧向约束，但可能无法完全捕捉复杂的、三轴应力场或在主动挖掘事件期间发生的动态应力变化。
将应力模拟应用于您的分析
为了最大化液压千斤顶实验数据的价值，请根据您的具体工程目标调整您的分析。
- 如果您的主要重点是设备规格： 专注于施加的围压（例如 5 MPa）与峰值压痕载荷之间的相关性，以正确确定您的执行器的尺寸。
- 如果您的主要重点是断裂力学： 分析与无围压样品相比，千斤顶提供的侧向约束如何改变内部裂纹的轨迹和长度。
准确模拟环境应力是预测岩石破碎工具在真实挖掘的挤压深度下的性能的唯一方法。
总结表：
| 特征 | 实验中的作用 | 对数据的影响 |
|---|---|---|
| 侧向围压 | 模拟深层地质应力 | 改变断裂力学和峰值载荷 |
| 压力表集成 | 精确的手动载荷设置（例如 2.5/5 MPa） | 确保一致的测试环境 |
| 裂纹扩展控制 | 限制压痕过程中的表面损伤 | 揭示内部微观结构失效模式 |
| 载荷测量 | 根据深度对所需力进行基准测试 | 为圆盘切割器的工程规格提供信息 |
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参考文献
- Maryam Torabi, Ghadir Mohammadi. Influence of confining stress on different diameters of disc cutters in rock cutting. DOI: 10.1017/dce.2025.16
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
