工业级实验室液压机的主要功能是复制深埋地下环境中巨大的垂直压力。通过施加高精度等效垂直载荷——例如 21 MPa 的地层压力——该机器创建了一个受控的物理模型，模拟岩石侧壁周围的应力条件。这种能力使研究人员能够准确地模拟岩体在深层巷道开挖复杂过程中如何表现。
该设备为岩石力学研究提供了物理基础，提供了准确观察模拟地层深处条件下变形、损伤累积和裂纹扩展所需的稳定性。
建立真实的物理环境
模拟垂直地层压力
深层巷道承受着上方地层巨大的重量。要有效地研究这一点，不能仅依赖理论模型。
液压机向样品施加特定的、计算好的载荷，以模仿这种天然的覆盖层。例如，施加 21 MPa 的载荷可以有效地再现地质构造的挤压力。
模拟开挖和卸载
开挖隧道会移除支撑，导致应力重新分布，称为“卸载”。液压机对于模拟这一动态过程至关重要。
通过调整压力，研究人员可以观察周围岩石在约束压力改变时如何反应。这揭示了巷道施工的直接物理后果。
捕获关键岩石力学数据
观察变形和损伤
在高应力条件下，岩石不会保持静态；它会变形。压力机提供诱导和测量这种变形所需的受控力。
这使得能够精确研究岩体中损伤随时间如何累积。
跟踪裂纹扩展
深层采矿最危险的方面之一是岩石破裂。液压机能够可视化和分析裂纹扩展。
研究人员可以绘制裂缝的起始和扩展图，为预测潜在的巷道坍塌提供重要数据。
理解权衡：稳定 vs. 精度
压力维持的必要性
这些压力机最关键的操作要求是压力维持期间的稳定性。
如果液压缸无法保持完全恒定的载荷，模拟就会失败。即使是微小的压力波动也会扭曲数据，使实验无效。
对应力场演变的影响
应力场演变的精确映射完全依赖于机器的精度。
不稳定的压力机将产生关于位移的嘈杂数据。这使得无法区分实际岩石运动和机器错误。
为您的目标做出正确的选择
要有效地利用液压机进行深层巷道模拟，您必须将机器的能力与您的具体研究目标相匹配。
- 如果您的主要重点是精确模拟：优先选择具有先进压力维持能力的压力机，以确保 21 MPa 的载荷在没有波动的情况下保持恒定。
- 如果您的主要重点是失效分析：确保设备设置能够在高分辨率下观察关键卸载阶段的裂纹扩展。
高精度模拟是理解深层岩体在开挖开始前的真实行为的唯一途径。
总结表：
| 特征 | 在深层巷道模拟中的作用 | 对研究的影响 |
|---|---|---|
| 垂直加载 | 模拟地层压力（例如 21 MPa） | 创建真实的地下深层应力环境 |
| 卸载模拟 | 模拟开挖过程中的应力重新分布 | 揭示施工过程中的岩体行为 |
| 压力稳定性 | 在维持期间保持恒定载荷 | 确保数据准确性并防止机器误差噪声 |
| 变形跟踪 | 提供用于测量的受控力 | 允许精确绘制损伤和裂纹扩展图 |
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参考文献
- Dianrui Mu, Junjie Wang. A coupled hydro-thermo-mechanical model based on TLF-SPH for simulating crack propagation in fractured rock mass. DOI: 10.1007/s40948-024-00756-y
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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