必须使用高强度合金钢，因为它提供了必要的结构刚性，以防止围岩样品在测试过程中向侧面膨胀。选择这种材料是为了施加严格的径向位移限制，确保实验室设置能够准确地模拟地下采矿环境中固定不动的岩石壁。
通过防止径向膨胀，该装置迫使所有施加的垂直压力都转化为内部结构变化——例如颗粒破碎和孔隙填充——而不是向外凸出。这是获得对矿山采空区密闭条件有效的应力-应变数据的唯一方法。
模拟地下环境
复制侧向约束
在真实的矿山采空区（采矿后留下的空隙）中，破碎的废石（围岩）没有自由空间可以膨胀。它被周围的地质构造从四面八方围住。
为了在实验室中模拟这一点，测试装置必须充当坚不可摧的边界。高强度合金钢充当这种替代品，有效地模拟了坚 solid 岩石质量提供的侧向约束。
刚性约束的必要性
如果使用较软的金属或柔性容器，容器在高压下会向外凸出。这将允许样品体积径向膨胀，这在深层地质环境中是永远不会发生的。
高强度合金钢确保径向位移保持有效为零。这种刚性保证了无论施加何种轴向载荷，测试条件都保持不变。
压力转换力学
将能量重定向到内部
该装置的主要功能是控制机械能量的分布方式。当测试机向下施压（轴向压力）时，材料自然会寻求阻力最小的路径。
由于合金钢壁阻止了向外的运动，能量被迫返回材料本身。这确保了轴向压力完全转化为内部功。
颗粒再破碎和滑动
在这些严格密闭的条件下，围岩的各个颗粒相互研磨。无法向侧面逃逸迫使颗粒发生再破碎和滑动。
这种相互作用改变了测试过程中的颗粒尺寸分布，模仿了真实矿山中岩石的物理退化。
孔隙填充和压实
密闭迫使材料填充其自身的内部空隙。随着测试的进行，压力将颗粒推入现有的孔隙中，显著增加了样品的密度。
这种机制准确地反映了材料的应力-应变关系，显示了它在真实密闭条件下的压实和硬化情况。
理解约束
完美刚性的假设
虽然高强度合金钢是行业标准，但重要的是要记住，没有材料是无限刚性的。模拟的准确性取决于钢的屈服强度是否显著高于围岩产生的侧向压力。
如果样品的内部压力接近钢的屈服极限，装置本身可能会发生微小的变形。这将给应力-应变数据带来误差，使围岩显得比实际更具顺应性。
确保实验有效性
为了最大限度地提高围岩压缩模拟的准确性，请考虑以下有关设备选择的建议：
- 如果您的主要重点是准确的应力-应变数据：确保您的设备的壁厚和合金等级足以在您设定的最大目标压力下保持零径向位移。
- 如果您的主要重点是分析颗粒退化：依靠高强度密闭来确保颗粒破裂是由内部应力传递引起的，而不是由样品扩散引起的。
数据的完整性完全取决于设备在不屈服的情况下承受样品向外力的能力。
摘要表：
| 特征 | 矿山采空区的要求 | 合金钢设备功能 |
|---|---|---|
| 侧向约束 | 坚 solid 岩石壁防止膨胀 | 高强度壁提供零径向位移 |
| 压力转换 | 轴向载荷转换为内部功 | 将能量转化为颗粒再破碎和孔隙填充 |
| 材料完整性 | 周围岩石不屈服 | 屈服强度超过侧向样品压力 |
| 数据准确性 | 真实的应力-应变关系 | 防止向外凸出，以确保有效的压缩数据 |
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参考文献
- Peng Wen, Erhu Bai. Study of the Internal Rebreaking Characteristics of Crushed Gangue in Mine Goaf during Compression. DOI: 10.3390/app14051682
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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