可燃冰低温高压三轴测试系统是英国GDS公司较新科研成果，可燃冰三轴仪是一款低温高压三轴仪系统，专门用于可燃冰和冻土的研究，是技术先进的天然气水合物三轴仪，同时也可以用于常规土体三轴试验。

可燃冰是天然气水合物的俗称，是近20年来在海洋和冻土带发现的新型洁净能源，可以作为传统能源如石油、碳等的替代品。据估算，世界上可燃冰所含有机碳的总资源量相当于全球已知煤、石油和天然气的2倍。

但是业界对于可燃冰的开采技术的掌握尚未成熟，如果在可燃冰开采过程中出现意外，天然气水合物被扰动并且释放到大气中将会导致严重的环境问题，所以必须提前对可燃冰进行深入的科学研究。室内岩土试验室进行可燃冰研究的专用设备就是可燃冰低温高压三轴仪。

 

英国GDS公司很早就介入了可燃冰三轴测试技术领域，在多年前就给英国南安普敦大学提供了专门用于可燃冰研究的低温、高压共振柱测试系统。除此以外，GDS也可以提供各种技术规格的可燃冰动静三轴试验系统。

下图是GDS公司给英国南安普顿大学生产的低温高压共振柱，带有扭剪和轴向共振功能。

可燃冰三轴试验基本要求：

可燃冰测试需要高压、低温环境；多相反压试验需要甲烷或者二氧化碳、氩气和水等辅助材料；需要在实验室制备或深海钻取样本；并需要配备低温试样准备工作区。

GDS公司提供的可燃冰低温高压三轴试验系统性价比高，精度高，设备性能较高。

可燃冰低温高压三轴仪系统构成：

（1）主机：

一套250kN虚拟无限刚度VIS轴向加载系统，带有IEEE数据传输接口用于和个人电脑连接，闭环回路反馈控制轴向力和压力板位移，轴向应力或者轴向位移可以长时间恒定，力值分辨率为万分之± 1，位移分辨率为0.1微米。包括250kN荷重传感器。

（2）三轴压力室：
对于可燃冰测试，推荐采用不锈钢高压三轴压力室，可以用于测试最大直径100mm的试样，最大压力可达64MPa甚至是128MPa，包括5个液路连接头和阀门。

（3）压力/体积控制器：
GDS将会提供两套高级压力/体积控制器用于施加围压和反压，最大工作压力34MPa，带有自动压力和体积的溢出保护。体积精度为：测量值的0.1%；压力精度：量程的0.1%；体积变化测量和显示为1立方毫米（0.001CC），压力显示到8kPa。反压媒介可以为一氧化碳、甲烷和水等材料的混合体。

（4）试样底座和试样帽：
一整套试样底座和顶帽用于安装在100mm三轴压力室内，可用于各种排水和不排水实验，试样尺寸为50mm和70。

（5）8通道GDS数据采集系统：
16位，带RS232接口，可以给每个传感器提供+/- 5 V激励电压供应。

（6）孔压传感器：
64Mpa，带GDS数据接口的电子联结头，精度为全量程的0.15%。

（7）GDSLAB三轴测试软件，包括以下模块：

● 标准数据采集关键模块和加密匙；

● 土样饱和与固结模块：包括B检测，围压和反压饱和蠕变，各向同性固结试验；

● 标准三轴试验模块：可测孔压，包括U-U试验，C-U试验，C-D试验；

● 应力路径试验模块：线性应力路径 p-q，或s- t；

● K-0模块：包括K-0固结和膨胀试验

● 高级加载模块：（荷载控制，低频循环加载，用户可以自行设计应力路径），可以设置轴向荷载、轴向位移长时间恒定用于各种流变测试。

（8）高低温温控箱，以及低温试样准备工作间：

天然气水化物只存在低温、高压的环境中，所以整个测试过程中温度控制是非常关键的环节。温控箱最低温度可以达到-40°C，控制精度可达0.5°C。

此外，试样准备也必须在低温的环境中来置备，GDS也可以提供一个低温环境用于试样制备。

（9）试样准备其他附件：

这些附件需使用者自行准备，包括：高压甲烷气瓶（可以在当地租赁，压力需大于测试需要）、二氧化碳气瓶、氩气等测试消耗品需要在当地找到供应源实现当地供应。

ELCTTS是一套循环三轴系统，设计荷载从50kN到1500kN,加载频率最高为5Hz,10Hz，20Hz。该系统的围压最大能到70MPa，由于使用了动态压力增强器，从而确保了围压可以得到准确的控制。

可燃冰水合物动三轴测试系统ELCTTS技术参数：

（1）轴向加载范围：50～500kN，静态或者动态可选

（2）围压范围：16MPa或者32MPa，甚至更高至100MPa

（3）温控范围：-40℃至 65℃，分辨率0.01℃

可燃冰系统ELCTTS基于GDS新型液压加载荷载架：

液压荷载架系统用于土壤及岩石试验。荷载架在横梁上安装液压动态作动器。这使系统能够运行动态三轴应力/应变测试。不用做任何调整，该框架也能进行标准静态试验。该系统具有动态控制轴位移和轴应力的能力，并且如果加上一个可选的动态围压作动器（径向应力），则可同步进行动态应力路径测试。

GDS荷载架刚度高并且设计确保在试样剪切时反冲较小。刚度较小的荷载架，在试样破坏临界点时，对试验结果会有不良影响。因为实验中在这一关键点时，如果设备在高荷载下会屈从，试样破坏后架子会产生反冲，进而影响测试结果。GDS保证设计的系统具有高刚度特性，在最大荷载时形成硬脊，从而克服了这一难题。

使用大直径三轴压力室，确保系统可以针对大颗粒试样，例如碎石，进行试验。

技术参数：

用户图片：

内蒙古大学ELCTTS 2016

吉林教科所 ELCTTS 2017

青岛理工大学ELCTTS 2017

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  “一种天然气水合物沉积物力学特性可视化试验装置” 荣获中国专利奖优秀奖

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  【案例】可燃冰/天然气水合物共振柱测试系统案例—英国南安普敦大学

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  GDS三轴试验技术与方法第一部分

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  GDS三轴实验技术与方法第二部分

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  GDS三轴试验技术与方法第三部分

• 液压动三轴测试系统ELCTTS

  2022-02-23
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