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可燃冰低溫高壓三軸測試系統是英國GDS公司較新科研成果，可燃冰三軸儀是一款低溫高壓三軸儀系統，專門用于可燃冰和凍土的研究，是技術先進的天然氣水合物三軸儀，同時也可以用于常規土體三軸試驗。

可燃冰是天然氣水合物的俗稱，是近20年來在海洋和凍土帶發現的新型潔凈能源，可以作為傳統能源如石油、碳等的替代品。據估算，世界上可燃冰所含有機碳的總資源量相當于全球已知煤、石油和天然氣的2倍。

但是業界對于可燃冰的開采技術的掌握尚未成熟，如果在可燃冰開采過程中出現意外，天然氣水合物被擾動并且釋放到大氣中將會導致嚴重的環境問題，所以必須提前對可燃冰進行深入的科學研究。室內巖土試驗室進行可燃冰研究的專用設備就是可燃冰低溫高壓三軸儀。

 

英國GDS公司很早就介入了可燃冰三軸測試技術領域，在多年前就給英國南安普敦大學提供了專門用于可燃冰研究的低溫、高壓共振柱測試系統。除此以外，GDS也可以提供各種技術規格的可燃冰動靜三軸試驗系統。

下圖是GDS公司給英國南安普頓大學生產的低溫高壓共振柱，帶有扭剪和軸向共振功能。

可燃冰三軸試驗基本要求：

可燃冰測試需要高壓、低溫環境；多相反壓試驗需要甲烷或者二氧化碳、氬氣和水等輔助材料；需要在實驗室制備或深海鉆取樣本；并需要配備低溫試樣準備工作區。

GDS公司提供的可燃冰低溫高壓三軸試驗系統性價比高，精度高，設備性能較高。

可燃冰低溫高壓三軸儀系統構成：

（1）主機：

一套250kN虛擬無限剛度VIS軸向加載系統，帶有IEEE數據傳輸接口用于和個人電腦連接，閉環回路反饋控制軸向力和壓力板位移，軸向應力或者軸向位移可以長時間恒定，力值分辨率為萬分之± 1，位移分辨率為0.1微米。包括250kN荷重傳感器。

（2）三軸壓力室：
對于可燃冰測試，推薦采用不銹鋼高壓三軸壓力室，可以用于測試最大直徑100mm的試樣，最大壓力可達64MPa甚至是128MPa，包括5個液路連接頭和閥門。

（3）壓力/體積控制器：
GDS將會提供兩套高級壓力/體積控制器用于施加圍壓和反壓，最大工作壓力34MPa，帶有自動壓力和體積的溢出保護。體積精度為：測量值的0.1%；壓力精度：量程的0.1%；體積變化測量和顯示為1立方毫米（0.001CC），壓力顯示到8kPa。反壓媒介可以為一氧化碳、甲烷和水等材料的混合體。

（4）試樣底座和試樣帽：
一整套試樣底座和頂帽用于安裝在100mm三軸壓力室內，可用于各種排水和不排水實驗，試樣尺寸為50mm和70。

（5）8通道GDS數據采集系統：
16位，帶RS232接口，可以給每個傳感器提供+/- 5 V激勵電壓供應。

（6）孔壓傳感器：
64Mpa，帶GDS數據接口的電子聯結頭，精度為全量程的0.15%。

（7）GDSLAB三軸測試軟件，包括以下模塊：

● 標準數據采集關鍵模塊和加密匙；

● 土樣飽和與固結模塊：包括B檢測，圍壓和反壓飽和蠕變，各向同性固結試驗；

● 標準三軸試驗模塊：可測孔壓，包括U-U試驗，C-U試驗，C-D試驗；

● 應力路徑試驗模塊：線性應力路徑 p-q，或s- t；

● K-0模塊：包括K-0固結和膨脹試驗

● 高級加載模塊：（荷載控制，低頻循環加載，用戶可以自行設計應力路徑），可以設置軸向荷載、軸向位移長時間恒定用于各種流變測試。

（8）高低溫溫控箱，以及低溫試樣準備工作間：

天然氣水化物只存在低溫、高壓的環境中，所以整個測試過程中溫度控制是非常關鍵的環節。溫控箱最低溫度可以達到-40°C，控制精度可達0.5°C。

此外，試樣準備也必須在低溫的環境中來置備，GDS也可以提供一個低溫環境用于試樣制備。

（9）試樣準備其他附件：

這些附件需使用者自行準備，包括：高壓甲烷氣瓶（可以在當地租賃，壓力需大于測試需要）、二氧化碳氣瓶、氬氣等測試消耗品需要在當地找到供應源實現當地供應。

ELCTTS是一套循環三軸系統，設計荷載從50kN到1500kN,加載頻率最高為5Hz,10Hz，20Hz。該系統的圍壓最大能到70MPa，由于使用了動態壓力增強器，從而確保了圍壓可以得到準確的控制。

可燃冰水合物動三軸測試系統ELCTTS技術參數：

（1）軸向加載范圍：50～500kN，靜態或者動態可選

（2）圍壓范圍：16MPa或者32MPa，甚至更高至100MPa

（3）溫控范圍：-40℃至 65℃，分辨率0.01℃

可燃冰系統ELCTTS基于GDS新型液壓加載荷載架：

液壓荷載架系統用于土壤及巖石試驗。荷載架在橫梁上安裝液壓動態作動器。這使系統能夠運行動態三軸應力/應變測試。不用做任何調整，該框架也能進行標準靜態試驗。該系統具有動態控制軸位移和軸應力的能力，并且如果加上一個可選的動態圍壓作動器（徑向應力），則可同步進行動態應力路徑測試。

GDS荷載架剛度高并且設計確保在試樣剪切時反沖較小。剛度較小的荷載架，在試樣破壞臨界點時，對試驗結果會有不良影響。因為實驗中在這一關鍵點時，如果設備在高荷載下會屈從，試樣破壞后架子會產生反沖，進而影響測試結果。GDS保證設計的系統具有高剛度特性，在最大荷載時形成硬脊，從而克服了這一難題。

使用大直徑三軸壓力室，確保系統可以針對大顆粒試樣，例如碎石，進行試驗。

技術參數：

用戶圖片：

內蒙古大學ELCTTS 2016

吉林教科所 ELCTTS 2017

青島理工大學ELCTTS 2017