高刚度加载框架是强制性的，用于准确测量最大冻胀力，因为设备必须能够抵抗冻结水产生的巨大压力而不发生变形。如果实验室压力机发生屈服或拉伸，即使是很小的变形，岩石裂缝的体积也会增加，从而人为地降低压力，导致数据严重失真。
核心要点：要捕获真实的冻胀最大力，测试环境必须保持“零位移”条件。高刚度框架可确保膨胀冰的动能完全导向力传感器，而不是被设备的机械弯曲所耗散。
模拟冻胀的力学原理
模拟极端环境
研究人员使用这些框架来模拟地下深处岩体或高寒地区发现的恶劣条件。
在这些环境中，岩石裂缝受到周围地质体巨大重量的约束。
膨胀压力的量级
裂缝水冻结膨胀产生的压力并非微不足道；它可以达到数兆帕。
标准的实验室设备通常缺乏足够的结构完整性来承受这种力而不发生弯曲。
恒定边界约束的必要性
实现接近零的位移
要测量“最大”力，裂缝的体积在冻结过程中不得改变。
高刚度框架提供恒定的边界约束，强制执行接近零位移的条件。
支撑传感器阵列
机械结构作为支撑力传感器的刚性骨架。
如果骨架移动，传感器将测量框架的移动，而不是冰的纯粹压力。
常见陷阱：弹性变形的误差
理解微弹性变形
所有材料，包括钢制测试框架，都具有一定程度的弹性。
然而，标准框架在承受冻胀的兆帕级压力时会出现“微弹性变形”。
柔韧性如何扭曲数据
如果框架拉伸，它实际上会像弹簧一样吸收膨胀冰的能量。
这种膨胀会释放岩石样品内的内部压力，导致传感器记录的值低于真实的峰值力。
根据您的目标做出正确的选择
在设计裂隙岩体实验时，设备的刚度决定了数据的质量。
- 如果您的主要重点是确定最大的破坏潜力：您必须使用高刚度框架，以防止体积膨胀并捕获峰值压力值。
- 如果您的主要重点是避免数据伪影：请确保您的设备额定刚度明显高于预期的冻胀压力，以消除微弹性误差。
冻胀测量的真正准确性需要一台比其内部膨胀的冰更坚固的机器。
总结表：
| 特征 | 高刚度框架 | 标准测试框架 |
|---|---|---|
| 位移控制 | 接近零位移 | 微弹性变形 |
| 边界条件 | 恒定体积约束 | 柔性/体积膨胀 |
| 数据准确性 | 捕获真实的峰值力 | 低估压力（降低值） |
| 机械作用 | 传感器的刚性骨架 | 像弹簧一样吸收动能 |
| 测量目标 | 最大的破坏潜力 | 仅定性观察 |
最大限度地提高您的电池和地质研究的精度
要实现冻胀或材料压缩测试中真正的零位移精度，您需要比样品压力更持久的设备。KINTEK专注于为高风险研究环境量身定制全面的实验室压制解决方案。
我们的产品系列包括：
- 手动和自动压力机：用于多功能样品制备。
- 加热和多功能型号：适用于复杂的热机械分析。
- 兼容手套箱和等静压机：用于电池研究和材料科学的先进解决方案。
不要让机械弯曲扭曲您关键的数据。与 KINTEK 合作，为您的实验室配备卓越所需的刚度和精度。
参考文献
- Haodong Xu, Ruizhi Chen. Frost heaving damage mechanism of fractured rock masses: Main research progress and prospects for international frontiers. DOI: 10.56028/aetr.10.1.293.2024
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
