自动实验室压力机的主要优势在于其通过可编程执行来严格控制样品制备过程的能力。通过严格自动化加压、保压和卸压阶段，消除了人为错误，并确保每个岩石样品都具有一致的初始密度和孔隙结构。
热-水-力（THM）模型的验证需要反映材料本身而不是制造方法的实验数据。自动压力机保证了证明观察到的行为是岩石固有的，而不是不一致的手动制备的产物所必需的高度可重复性。
实现数值验证的一致性
通过可编程循环实现精度
手动设备依赖于操作员稳定的手部操作和时机，这自然会因样品而异。
相比之下，自动压力机严格执行每个压缩阶段的预设程序。这确保了施加到每个样品上的力曲线完全相同，无论谁操作机器或处理了多少样品。
控制密度和孔隙结构
为了使 THM 模型有效，物理输入——特别是密度和孔隙率——在所有测试对象中必须是均匀的。
自动压力机确保一批样品中每个样品的初始密度和孔隙结构都相同。这种均匀性至关重要，因为即使孔隙结构有微小的偏差，也可能在机械应力下极大地改变热量和流体在岩石中的流动方式。
隔离固有的材料特性
THM 模型验证的最终目标是了解材料在耦合应力下的行为。
通过提供高度的可重复性，自动压力机消除了制造干扰造成的“噪声”。这使得研究人员能够自信地将观察到的 THM 耦合行为归因于材料的固有特性，而不是猜测结果是否因样品制备错误而失真。
了解手动制备的风险
“人为因素”变量
虽然手动压力机很常见，但它们在压力施加速率和保持时间方面引入了不可避免的差异。
在敏感的 THM 实验中，这些不一致会产生样品差异，数据分析师可能会将其误认为是材料异常。这可能导致数值模型校准不正确。
数据可靠性与设备成本
经常被提及的是，手动设备成本较低且维护简单。
然而，对于验证数据必须无可挑剔的高风险建模而言，自动压力机的成本可以通过数据的可靠性来抵消。使用手动设备存在生成“错误”数据点的风险，这会浪费长期的时间和资源，需要重复实验。
确保研究的有效性
为确保您的实验数据为您的数值模型提供坚实的基础，请根据您的具体目标考虑以下几点：
- 如果您的主要重点是严格的模型验证：优先使用自动压力机，以确保所有样品的密度和孔隙结构相同，从而减少模拟误差。
- 如果您的主要重点是分析敏感的 THM 行为：使用自动化消除操作员干扰，确保您观察到的耦合效应是真实的材料响应。
样品制备的一致性不仅仅是一个程序细节；它是准确数值建模的基本要求。
摘要表：
| 特征 | 自动实验室压力机 | 手动设备 |
|---|---|---|
| 力施加 | 可编程、精确的循环 | 主观的、依赖于操作员 |
| 可重复性 | 高；批次之间具有相同的曲线 | 低；因操作员和时间而异 |
| 样品均匀性 | 一致的密度和孔隙结构 | 物理输入可能存在差异 |
| 数据可靠性 | 高；隔离固有的材料行为 | 中等；存在制备错误导致“噪声”的风险 |
| 应用 | 对 THM 模型验证至关重要 | 基本例行样品制备 |
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参考文献
- Chin‐Fu Tsang. Coupled Thermo-Hydro-Mechanical Processes in Fractured Rocks: Some Past Scientific Highlights and Future Research Directions. DOI: 10.1007/s00603-023-03676-7
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
