本發(fā)明涉及力學(xué)試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，采礦、土木、建筑、水利等行業(yè)得以飛速前進，同時也面臨著深井采礦、大型邊坡治理、深埋隧道開挖、超高層建筑巖基穩(wěn)定等諸多挑戰(zhàn)。特別是在深部高應(yīng)力硬巖礦體開采實踐中出現(xiàn)了一些非常規(guī)的嚴(yán)重影響工程施工和資源高效回采的災(zāi)害現(xiàn)象，例如巖爆、分區(qū)破裂、板裂等。相對于淺部，深部資源開采最顯著的特點在于地下巖體采動前已經(jīng)處于高應(yīng)力環(huán)境，在采動過程中受到卸載、加載以及加卸載組合作用，應(yīng)力路徑非常復(fù)雜。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，上述災(zāi)害與深部高應(yīng)力硬巖在開挖卸荷和開采擾動下巖體中的能量轉(zhuǎn)移和釋放密切相關(guān)。另外一方面，深部巖體的非常規(guī)破裂雖然是高應(yīng)力儲能在動力擾動下的災(zāi)變能動態(tài)釋放，但同時也是高能量巖體的自破裂過程，只要找到適當(dāng)?shù)恼T導(dǎo)破裂方法，就可以將深部巖體的這種災(zāi)害性破壞誘變?yōu)閹r體的有效破碎，從而在不用炸藥或少用炸藥的情況下實現(xiàn)深部礦床的安全高效開采。

事實上，地下巖體在開挖前處于主要由構(gòu)造應(yīng)力和自重應(yīng)力形成的三維地應(yīng)力場中，并處于自穩(wěn)狀態(tài)，當(dāng)對巖體進行開挖或開采時，在原巖初始地應(yīng)力場中出現(xiàn)不連續(xù)的缺陷區(qū)，從而破壞原巖及其應(yīng)力場的完整性，在缺陷區(qū)域附近形成局部應(yīng)力集中和應(yīng)力釋放，產(chǎn)生較高的應(yīng)力梯度，使開挖巖體處于不穩(wěn)定的危險狀態(tài)，當(dāng)受到開采擾動時巖體內(nèi)部的儲能將被耗散用于自破裂，如果還有多余的能量將以機械能的形式轉(zhuǎn)移和釋放，形成微震、冒頂、片幫，甚至發(fā)生巖爆等動力災(zāi)害。因此，伴隨巖體開挖卸荷和開采擾動產(chǎn)生的應(yīng)力場動態(tài)重構(gòu)和能量變化是巖體破裂或破壞的內(nèi)在因素，其過程主要取決于原巖初始地應(yīng)力環(huán)境和開挖過程。處于初始地應(yīng)力環(huán)境中的三維受壓巖體，在開挖或開采中，其圍巖內(nèi)的應(yīng)力勢必會產(chǎn)生卸載、加載以及加卸載組合等復(fù)雜的應(yīng)力變化路徑，同時也會受到本巖體后續(xù)開挖或鄰近巖體開挖的動力擾動，因此其受力情況復(fù)雜。因而在室內(nèi)模擬巖石復(fù)雜的受力過程，開展巖石類材料在真三軸加卸荷以及動力擾動下的應(yīng)力應(yīng)變、破裂、破壞、聲發(fā)射等特性試驗，研究巖石在真三軸復(fù)雜應(yīng)力路徑下的誘變響應(yīng)特性，對理解巖土工程災(zāi)害機理、提出并完善巖土工程災(zāi)害防范及控制技術(shù)體系具有重要的理論和應(yīng)用價值。

目前，可進行巖石類材料真三軸加卸載試驗的裝置主要是巖石三軸試驗機，其可實現(xiàn)巖石三個方向的獨立應(yīng)力路徑加卸荷，能夠模擬局部巖塊在開挖過程中的力學(xué)過程。但現(xiàn)有的巖石真三軸試驗機存在巖石三軸夾具笨重、巖石三軸應(yīng)變及破裂過程難以在線實時監(jiān)測、難以同時實現(xiàn)三軸獨立多應(yīng)力路徑加卸荷和動力擾動組合作用、可施加載荷不高、難以模擬深部巖體高應(yīng)力狀態(tài)等不足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種可實現(xiàn)三個相互垂直方向獨立加卸荷、試樣安裝輕便、加載和承載參數(shù)精確同步、試樣誘變過程表征參數(shù)多樣的巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)，包括加載框架和三軸夾具盒，所述加載框架上安裝有X向推車式加載裝置、Y向分離式加載裝置和Z向獨頭式加載裝置；

所述X向推車式加載裝置包括X向承載臺、X向靜壓加載缸和平移座，平移座以可沿X軸方向平移的方式安裝于加載框架上，所述X向承載臺和X向靜壓加載缸在X軸方向上間隔安裝在平移座上；

所述Y向分離式加載裝置包括安裝在加載框架上的Y向承載臺和Y向靜壓加載缸，Y向承載臺沿Y軸方向滑設(shè)于加載框架上，Y向承載臺上設(shè)置有用于驅(qū)動Y向承載臺滑動的液壓缸，所述液壓缸通過液壓管路與Y向靜壓加載缸相連，且液壓缸和Y向靜壓加載缸由同一液壓油源驅(qū)動實現(xiàn)同步相向或者相背運動，所述Y向承載臺和Y向靜壓加載缸在Y軸方向上間隔布置；

所述Z向獨頭式加載裝置包括安裝在加載框架上的Z向承載臺和Z向靜壓加載缸，所述Z向承載臺和Z向靜壓加載缸在Z軸方向上間隔布置；

所述三軸夾具盒包括盒體以及用于分別與立方體巖石試樣的六個端面接觸進行加載的下位Z向加載桿、上位Z向加載桿、兩根X向加載桿和兩根Y向加載桿，所述盒體放置在所述Z向承載臺上，兩根X向加載桿沿X軸方向滑設(shè)于盒體上，所述X向承載臺和X向靜壓加載缸在X軸方向上分別位于盒體的兩側(cè)并可驅(qū)使兩根X向加載桿滑動以進行加載，兩根Y向加載桿沿Y軸方向滑設(shè)于盒體上，所述Y向承載臺和Y向靜壓加載缸在Y軸方向上分別位于盒體的兩側(cè)并可驅(qū)使兩根Y向加載桿滑動以進行加載，下位Z向加載桿安裝在盒體上并與立方體巖石試樣在Z軸方向上的下端面相抵，上位Z向加載桿放置在立方體巖石試樣在Z軸方向上的上端面上并可由Z向靜壓加載缸驅(qū)使進行加載；

所述X向靜壓加載缸、Y向靜壓加載缸和Z向靜壓加載缸均安裝有靜壓位移傳感器和靜壓載荷傳感器，所述下位Z向加載桿、上位Z向加載桿、兩根X向加載桿和兩根Y向加載桿上均安裝有聲發(fā)射傳感器和變形傳感器。

上述的巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述X向承載臺內(nèi)安裝有用于與X向加載桿接觸施加擾動載荷的X向擾動加載缸，所述Y向承載臺內(nèi)安裝有用于與Y向加載桿接觸施加擾動載荷的Y向擾動加載缸，所述Z向承載臺內(nèi)安裝有用于對下位Z向加載桿施加擾動載荷的Z向擾動加載缸；所述X向擾動加載缸、Y向擾動加載缸和Z向擾動加載缸均安裝有擾動位移傳感器和擾動載荷傳感器。

上述的巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述X向靜壓加載缸、Y向靜壓加載缸和Z向靜壓加載缸分別連接有一獨立的靜壓電液伺服系統(tǒng)，所述靜壓電液伺服系統(tǒng)包括靜壓油泵、靜壓油箱和靜壓電液伺服閥，所述靜壓油泵通過靜壓電液伺服閥與相應(yīng)的靜壓加載缸相連；所述X向擾動加載缸、Y向擾動加載缸和Z向擾動加載缸分別連接有一獨立的擾動電液伺服系統(tǒng)，所述擾動電液伺服系統(tǒng)包括擾動油泵、擾動電液伺服閥和擾動油箱，所述擾動油泵通過擾動電液伺服閥與相應(yīng)的擾動加載缸相連。

上述的巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)還包括測控系統(tǒng)，所述測控系統(tǒng)包括裝有控制軟件的計算機，所述計算機通過KZQ控制盒與各傳感器和電液伺服閥相連。

上述的巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述盒體為一端具有開口的正六面體盒，所述盒體包括底板和四塊側(cè)板，四塊側(cè)板分別通過第一緊固件連接在底板的四周邊沿，相鄰側(cè)板之間通過第二緊固件相連。

上述的巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述平移座包括兩個座體以及連接于兩個座體之間的多根剛性拉桿，所述X向承載臺、X向靜壓加載缸分別安裝于兩個座體上，所述加載框架上安裝有沿X軸方向布置的行走導(dǎo)軌，各座體上設(shè)有與所述行走導(dǎo)軌配合的行走導(dǎo)向輪。

上述的巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述加載框架上還安裝有用于驅(qū)動平移座移動的液壓推拉桿，所述液壓推拉桿的驅(qū)動端與平移座可拆卸連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明的巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)可實現(xiàn)三個相互垂直方向獨立加卸荷，可模擬深部巖體高應(yīng)力狀態(tài)；采用該巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)進行巖石類材料加卸載試驗具有試樣安裝輕便、加載和承載參數(shù)精確同步、試樣誘變過程表征參數(shù)多樣等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)的分解原理示意圖。

圖2為X向推車式加載裝置、Y向分離式加載裝置和Z向獨頭式加載裝置安裝在加載框架上的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為三軸夾具盒的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖例說明：

1、加載框架；11、行走導(dǎo)軌；2、三軸夾具盒；21、盒體；211、底板；212、側(cè)板；213、第一緊固件；214、第二緊固件；22、下位Z向加載桿；23、上位Z向加載桿；24、X向加載桿；25、Y向加載桿；3、X向推車式加載裝置；31、X向承載臺；32、X向靜壓加載缸；33、平移座；34、X向擾動加載缸；4、Y向分離式加載裝置；41、Y向承載臺；42、Y向靜壓加載缸；43、液壓缸；44、Y向擾動加載缸；5、Z向獨頭式加載裝置；51、Z向承載臺；52、Z向靜壓加載缸；53、Z向擾動加載缸；6、靜壓電液伺服系統(tǒng)；61、靜壓油泵；62、靜壓油箱；63、靜壓電液伺服閥；7、擾動電液伺服系統(tǒng)；71、擾動油泵；72、擾動電液伺服閥；73、擾動油箱；8、測控系統(tǒng)；81、計算機；82、KZQ控制盒；9、液壓推拉桿；100、立方體巖石試樣；201、靜壓位移傳感器；202、靜壓載荷傳感器；203、聲發(fā)射傳感器；204、變形傳感器；205、擾動位移傳感器；206、擾動載荷傳感器。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。

如圖1至圖3所示，本實施例的巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)，包括加載框架1和三軸夾具盒2，加載框架1上安裝有X向推車式加載裝置3、Y向分離式加載裝置4和Z向獨頭式加載裝置5；

X向推車式加載裝置3包括X向承載臺31、X向靜壓加載缸32和平移座33，平移座33以可沿X軸方向平移的方式安裝于加載框架1上，X向承載臺31和X向靜壓加載缸32在X軸方向上前后間隔安裝在平移座33上，加載過程中隨著X向靜壓加載缸32上伸縮桿的向外伸出，平移座33反方向移動對巖樣X向前后兩端面施加載荷，實際上是平移座33的內(nèi)力轉(zhuǎn)化為X向的巖樣載荷；

Y向分離式加載裝置4包括安裝在加載框架1上的Y向承載臺41和Y向靜壓加載缸42，Y向承載臺41和Y向靜壓加載缸42在Y軸方向上左右間隔布置；

Z向獨頭式加載裝置5包括安裝在加載框架1上的Z向承載臺51和Z向靜壓加載缸52，Z向承載臺51和Z向靜壓加載缸52在Z軸方向上上下間隔布置，加載過程中，只需要Z向靜壓加載缸51上的伸縮桿向外伸出即可實現(xiàn)加載，Z向另一面靠固定的Z向承載臺52給出的作用力實現(xiàn)加載；

三軸夾具盒2包括盒體21以及用于分別與立方體巖石試樣100的六個端面接觸進行加載的下位Z向加載桿22、上位Z向加載桿23、兩根X向加載桿24和兩根Y向加載桿25，盒體21放置在Z向承載臺51上，兩根X向加載桿24沿X軸方向滑設(shè)于盒體21上，各X向加載桿24可通過滑動貼合或者遠(yuǎn)離立方體巖石試樣100，X向承載臺31和X向靜壓加載缸32在X軸方向上分別位于盒體21的兩側(cè)并可驅(qū)使兩根X向加載桿24滑動以進行加載，X向靜壓加載缸32的液壓伸縮桿動作，可與X向承載臺31配合將X向載荷同步施加到試樣在X軸方向的兩個端面上。兩根Y向加載桿25沿Y軸方向滑設(shè)于盒體21上，各Y向加載桿25可通過滑動貼合或者遠(yuǎn)離立方體巖石試樣100，Y向承載臺41和Y向靜壓加載缸42在Y軸方向上分別位于盒體21的兩側(cè)并可驅(qū)使兩根Y向加載桿25滑動以進行加載，Y向靜壓加載缸42的液壓伸縮桿動作，可與Y向承載臺41配合將Y向載荷同步施加到試樣在Y軸方向的兩個端面上。下位Z向加載桿22安裝在盒體21上并與立方體巖石試樣100在Z軸方向上的下端面相抵，上位Z向加載桿23放置在立方體巖石試樣100在Z軸方向上的上端面上并可由Z向靜壓加載缸52驅(qū)使進行加載，Z向靜壓加載缸52的液壓伸縮桿動作，可與Z向承載臺51配合將Z向載荷同步施加到試樣在Z軸方向的兩個端面上；

X向靜壓加載缸32、Y向靜壓加載缸42和Z向靜壓加載缸52均安裝有靜壓位移傳感器201和靜壓載荷傳感器202，下位Z向加載桿22、上位Z向加載桿23、兩根X向加載桿24和兩根Y向加載桿25上均安裝有聲發(fā)射傳感器203和變形傳感器204。

本實施例的巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)，通過X向推車式加載裝置3、Y向分離式加載裝置4和Z向獨頭式加載裝置5可實現(xiàn)在三個相互垂直的方向?qū)α⒎襟w巖石試樣100進行加載，通過靜壓位移傳感器201和靜壓載荷傳感器202可實時監(jiān)測各靜壓加載缸的位移和載荷，通過聲發(fā)射傳感器203可以實時檢測試樣在受力過程中的聲發(fā)射特征，進而可實時監(jiān)測試樣破裂過程，并根據(jù)監(jiān)測到的聲發(fā)射數(shù)據(jù)定量試樣的破裂程度和定位試樣的破裂位置，通過變形傳感器204可實時監(jiān)測試樣的變形；同時，平移座33以可沿X軸方向平移的方式安裝于加載框架1上，通過平移改變平移座33的位置，也即改變X向承載臺31和X向靜壓加載缸32的位置，一方面，通過平移移開平移座33能夠在安裝試樣時提供安裝作業(yè)空間，在試樣安裝完成后又可調(diào)整平移座33的位置為試樣的X向加載提供作用空間，另一方面，在X向推車式加載裝置3進行X軸方向的加載過程中，平移座33在試樣的反作用力下可自由移動實現(xiàn)自動調(diào)整位置，能快速實現(xiàn)對試樣X軸方向上的兩個端面同步加載。

本實施例中，Y向承載臺41沿Y軸方向滑設(shè)于加載框架1上，加載框架1上設(shè)有用于驅(qū)動Y向承載臺41滑動的液壓缸43。液壓缸43可驅(qū)使Y向承載臺41在Y軸方向上調(diào)整位置，可同時控制液壓缸43和Y向靜壓加載缸42，實現(xiàn)對試樣Y軸方向上的兩個端面同步加載。優(yōu)選的，液壓缸43通過液壓管路與Y向靜壓加載缸42相連，液壓缸43和Y向靜壓加載缸42由同一液壓油源驅(qū)動實現(xiàn)同步相向或者相背運動，保證對試樣在Y軸方向上的兩端面同步加載，且便于控制。

本實施例中，下位Z向加載桿22沿Z軸方向安裝在盒體21上，且下位Z向加載桿22的兩端分別與立方體巖石試樣100和Z向承載臺51相接觸。

X向承載臺31內(nèi)安裝有用于與X向加載桿24接觸施加擾動載荷的X向擾動加載缸34，Y向承載臺41內(nèi)安裝有用于與Y向加載桿25接觸施加擾動載荷的Y向擾動加載缸44，Z向承載臺51內(nèi)安裝有用于與下位Z向加載桿22接觸施加擾動載荷的Z向擾動加載缸53；X向擾動加載缸34、Y向擾動加載缸44和Z向擾動加載缸53均安裝有擾動位移傳感器205和擾動載荷傳感器206，以實現(xiàn)對各擾動加載缸位移和載荷參數(shù)的監(jiān)控，從而對試樣施加三個相互垂直方向上的異源、變截面、多樣擾動。

在X向擾動加載缸34施加X向擾動載荷時，X向靜壓加載缸32作為擾動載荷的承載臺，X向擾動加載缸34的液壓伸縮桿動作，將擾動載荷同步施加到試樣在X軸方向的兩個端面；在Y向擾動加載缸44施加Y向擾動載荷時，Y向靜壓加載缸42作為擾動載荷的承載臺，Y向擾動加載缸44的液壓伸縮桿動作，將擾動載荷同步施加到試樣在Y軸方向的兩個端面；在Z向擾動加載缸53施加Z向擾動載荷時，Z向靜壓加載缸52作為擾動載荷的承載臺，Z向擾動加載缸53的液壓伸縮桿動作，將擾動載荷同步施加到試樣在Z軸方向的兩個端面。

本實施例中，X向靜壓加載缸32、Y向靜壓加載缸42和Z向靜壓加載缸52分別連接有一獨立的靜壓電液伺服系統(tǒng)6，實現(xiàn)在X、Y、Z三個相互垂直的方向上對立方體巖石試樣100進行獨立精確加載，靜壓電液伺服系統(tǒng)6包括靜壓油泵61、靜壓油箱62和靜壓電液伺服閥63，靜壓油泵61通過靜壓電液伺服閥63與相應(yīng)的靜壓加載缸相連；X向擾動加載缸34、Y向擾動加載缸44和Z向擾動加載缸53分別連接有一獨立的擾動電液伺服系統(tǒng)7，擾動電液伺服系統(tǒng)7包括擾動油泵71、擾動電液伺服閥72和擾動油箱73，擾動油泵71通過擾動電液伺服閥72與相應(yīng)的擾動加載缸相連。

本實施例中，巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)還包括測控系統(tǒng)8，用于實時采集試驗系統(tǒng)數(shù)據(jù)并調(diào)控試驗系統(tǒng)，測控系統(tǒng)8包括裝有KZQ控制軟件的計算機81，計算機81通過KZQ控制盒82與各傳感器和電液伺服閥相連，以采集各傳感器檢測的數(shù)據(jù)信息和控制各電液伺服閥動作。計算機81可通過配置，將實驗設(shè)計的輸入指令和傳感器返回的反饋指令通過比較計算轉(zhuǎn)換成控制指令并輸出給各電液伺服系統(tǒng)，電液伺服系統(tǒng)上的各電液伺服閥根據(jù)控制指令調(diào)整閥門的開啟量，控制液壓油的流速與流量，使各加載缸內(nèi)液壓伸縮桿進行給定伸縮，從而將設(shè)計的載荷、位移等實驗參數(shù)按設(shè)計的加（卸）荷控制參數(shù)施加到試樣上。

本實施例中，盒體21為一端具有開口的正六面體盒，盒體21包括底板211和四塊側(cè)板212，四塊側(cè)板212分別通過第一緊固件213連接在底板211的四周邊沿，相鄰側(cè)板212之間通過第二緊固件214相連。上述第一緊固件213和第二緊固件214采用帶旋扭手柄的螺釘，底板211為平板，在放置在Z向承載臺51上時能夠保證三軸夾具盒2水平。各側(cè)板212的上邊沿（靠近開口一側(cè)的邊沿）中點位置處開設(shè)有U型滑槽，兩根X向加載桿24和兩根Y向加載桿25分別對應(yīng)滑設(shè)在四塊側(cè)板212的U型滑槽中。底板211上開設(shè)有通孔，下位Z向加載桿22安裝在該通孔中。

本實施例中，平移座33包括兩個座體以及連接于兩個座體之間的四根剛性拉桿，四根剛性拉桿將兩個座體連接為一個整體，使兩個座體之間的距離始終不變，X向承載臺31、X向靜壓加載缸32分別安裝于兩個座體上，加載框架1上安裝有沿X軸方向布置的行走導(dǎo)軌11，各座體上設(shè)有與行走導(dǎo)軌11配合的行走導(dǎo)向輪，通過行走導(dǎo)向輪與行走導(dǎo)軌11的配合，可使平移座33像小推車一樣沿加載框架1的X向平移，并保證平移座33沿X軸方向的平移精度，防止平移座33在X軸方向偏離。

本實施例中，加載框架1上還安裝有用于驅(qū)動平移座33移動的液壓推拉桿9，液壓推拉桿9的驅(qū)動端與平移座33可拆卸連接。通過液壓推拉桿9可調(diào)整X向推車式加載裝置3的位置，在進行X軸方向加載時，可方便快速的使液壓推拉桿9的驅(qū)動端與平移座33拆卸分離。

本實施例的巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)可采用以下工作過程：

A、首先打開計算機81和KZQ控制盒82，然后打開KZQ控制軟件，并與KZQ控制盒82連接實現(xiàn)通訊；

B、啟動靜壓油泵61和擾動油泵71，然后通過KZQ控制軟件將加載框架1內(nèi)各個方向上加載缸對應(yīng)的液壓伸縮桿和平移座33移動調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)奈恢?，為放置三軸夾具盒2提供空間；

C、將三軸夾具盒2放置到Z向承載臺51上，并使三軸夾具盒2上的下位Z向加載桿22、上位Z向加載桿23、兩根X向加載桿24和兩根Y向加載桿25的擺放方向分別對應(yīng)沿著X、Y、Z三個加載方向；

D、將上位Z向加載桿23移開，并將X向加載桿24和Y向加載桿25分別沿X、Y向相背移離一定的距離形成空腔，然后將立方體巖石試樣100放置到空腔內(nèi)并使立方體巖石試樣100底面中心與下位Z向加載桿22端面中心對齊，隨后分別相對推近X向加載桿24和Y向加載桿25，使兩根X向加載桿24和兩根Y向加載桿25均與立方體巖石試樣100的相應(yīng)端面貼合緊密，最后將上位Z向加載桿23放置到立方體巖石試樣100頂面并使上位Z向加載桿23端面中心與立方體巖石試樣100頂面中心對齊；

E、在下位Z向加載桿22、上位Z向加載桿23、兩根X向加載桿24和兩根Y向加載桿25上分別安裝變形傳感器204，并與KZQ控制盒82連接用于記錄試樣三向變形，然后在X、Y、Z向加載桿上分別安裝聲發(fā)射傳感器203并與KZQ控制盒82連通用于記錄試樣的聲發(fā)射特性；

F、通過KZQ控制軟件移動Z向靜壓加載缸52上的液壓伸縮桿，使其與上位Z向加載桿23接觸，然后通過KZQ控制軟件用移動控制模式（單位時間移動一定的位移，一般設(shè)置為0.1-0.2mm/min）或者載荷控制模式（單位時間施加一定的載荷，一般設(shè)置為50-200N/s）將Z向載荷施加到10kN，達(dá)到固定試樣的目的；

G、通過液壓推拉桿9移動平移座33到適當(dāng)位置，然后通過KZQ控制軟件控制使X向靜壓加載缸32的液壓伸縮桿和Y向靜壓加載缸42的液壓伸縮桿與各自對應(yīng)的加載桿接觸，隨后再通過KZQ控制軟件用移動控制模式（一般設(shè)置為0.1-0.2mm/min）或者載荷控制模式（一般設(shè)置為50-200N/s）將X、Y向載荷都施加到10kN，至此各液壓伸縮桿、各加載桿和對應(yīng)的試樣端面達(dá)到緊密貼合的狀態(tài)；

H、通過KZQ控制軟件用移動控制模式（一般設(shè)置為0.1-1mm/min）或者載荷控制模式（一般設(shè)置為1000-2000N/s）將X、Y、Z向載荷分別施加到實驗設(shè)計值，也可以設(shè)置不同的位移控制或者載荷控制速度以研究加載速度對試樣力學(xué)特性的影響；

I、如果實驗考查的是試樣的加載過程力學(xué)特性，則按設(shè)計的三向載荷大小及構(gòu)成施加載荷到設(shè)定值或者直至試樣破壞，通過載荷傳感器、位移傳感器、變形傳感器204和聲發(fā)射傳感器203記錄試樣加載過程中的變形、強度、破裂、破壞等力學(xué)特性；如果實驗考查的是試樣的卸荷力學(xué)特性，則首先按設(shè)計的三向載荷大小及構(gòu)成施加載荷到設(shè)定值，然后利用位移控制或者移動控制模式將載荷逐漸卸載，并通過上述手段記錄試樣卸荷過程中的變形、強度、破裂、破壞等力學(xué)特性；如果實驗考查的是試樣的加卸荷過程力學(xué)特性，則只要將上述加載過程和卸荷過程結(jié)合即可；如果實驗考查的是試樣的擾動加載力學(xué)特性，則先按設(shè)計的三向靜壓載荷大小及構(gòu)成施加載荷到設(shè)定值，然后再按設(shè)計的擾動參數(shù)（擾動幅值0-500kN、擾動頻率0-50Hz、擾動時間等）和擾動形式（隨機波形、正弦波、三角波、方波、斜波、脈沖等）對試樣施加擾動載荷，并通過上述手段記錄試樣動力擾動過程中的變形、強度、破裂、破壞等力學(xué)特性；

J、試樣實驗過程完成后，通過KZQ控制軟件將各方向上的液壓伸縮桿移離各自對應(yīng)的加載桿到步驟B對應(yīng)的位置，然后移開上位Z向加載桿23，分別相背移離兩個X向加載桿24和兩個Y向加載桿25，取出試樣或者試樣破壞后形成的碎塊，并清理三軸夾具盒2，以及檢查三軸夾具盒2以及其上的聲發(fā)射傳感器203和變形傳感器204；

K、重復(fù)步驟D-J進行下一個試樣的實驗；

L、整個實驗或者階段實驗結(jié)束后，將試驗系統(tǒng)上的各部件復(fù)位，然后關(guān)閉靜壓油泵61和擾動油泵71，關(guān)閉KZQ控制軟件，再關(guān)閉KZQ控制盒82，最后關(guān)閉計算機主機81。

本發(fā)明的巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

1、試樣安裝輕便

試驗系統(tǒng)通過三軸夾具盒2將各加載裝置給定的載荷精確傳遞給試樣，三軸夾具盒2上的三對共六個加載桿圍出一個正方體空腔用于放置試樣，放置試樣時只要將前后、左右兩對加載桿分別拉退少許的位移，形成比試樣稍大的空間，將試樣放置到該空間內(nèi)并將試樣底面中心與三軸夾具盒2上的下位Z向加載桿22的上部端面中心對齊，然后推進前后、左右兩對加載桿使其分別緊貼試樣前后、左右兩對端面，最后將上位Z向加載桿23放置到試樣頂面上，并使試樣頂面中心與上位Z向加載桿23的下部端面中心對齊，至此試樣安裝過程完成，該安裝過程操作簡便、安裝步驟少，并且放置試樣時不需要重復(fù)搬運三軸夾具盒2，也不需要大幅度移動加載桿，因此通過三軸夾具盒2安裝試樣輕便、快捷、易于精確定位試樣。

2、可保證加載和承載參數(shù)的精確同步

試驗系統(tǒng)能夠?qū)υ嚇釉赬、Y、Z三個相互垂直的方向內(nèi)分別進行獨立加載；內(nèi)置有Z向擾動加載缸53的Z向承載臺51呈固定形式，Z向靜壓加載缸52的液壓伸縮桿動作將Z向載荷同步施加到試樣的Z向兩端面，而在施加擾動載荷時Z向靜壓加載缸52作為擾動載荷的承載臺，Z向擾動加載缸53的液壓伸縮桿動作將Z向擾動載荷同步施加到試樣的Z向兩端面，事先將Z向載荷施加到一定值從而依靠上下端面摩擦力固定試樣，避免在調(diào)整X、Y向載荷同步施加的過程中推動試樣而使其偏離中心位置；X向載荷通過平移座33施加，施加X向載荷時平移座33與推拉其行走的液壓推拉桿9脫離，平移座33能夠在X向靜壓加載缸32液壓伸縮桿作用于試樣前部端面上載荷的反作用力下移動，從而使X向承載臺31、三軸夾具盒2上的X向加載桿24、試樣后部端面三者實現(xiàn)依次接觸，從而快速實現(xiàn)將X向靜壓載荷同步施加到試樣的X向兩端面，此外施加X向擾動載荷時X向靜壓加載缸32作為擾動載荷的承載臺，X向擾動加載缸34的液壓伸縮桿動作將擾動載荷同步施加到試樣的X向兩端面；Y向靜壓加載缸42與Y向承載臺41的液壓缸43連通，能夠保證Y向靜壓加載缸42的液壓伸縮桿與Y向承載臺41同步移動，從而實現(xiàn)Y向靜壓載荷的同步施加，此外在施加Y向擾動載荷時Y向靜壓加載缸42作為擾動載荷的承載臺，Y向擾動加載缸44的液壓伸縮桿動作將擾動載荷同步施加到試樣的Y向兩端面；通過上述加載方式，可保證三軸加載和承載參數(shù)的精確同步。

3、試樣誘變過程表征參數(shù)多樣

試驗系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r監(jiān)測試驗過程中施加給試樣的載荷和位移數(shù)據(jù)，還能通過變形傳感器204實時監(jiān)測試樣的三向變形，以及通過聲發(fā)射傳感器203實時監(jiān)測方塊試樣在受力過程中的聲發(fā)射特征，并根據(jù)監(jiān)測到的聲發(fā)射數(shù)據(jù)定量試樣的破裂程度和定位試樣的破裂位置，因此該系統(tǒng)表征試樣誘過程的參數(shù)具有多樣化的優(yōu)點。

4、可實現(xiàn)三個相互垂直方向獨立多應(yīng)力路徑加卸荷和動力擾動組合誘變

試驗系統(tǒng)在加載框架1上集成了X、Y、Z三個相互垂直方向上的三對共六個加載缸，每對加載缸包含一個靜壓加載缸和擾動加載缸，且分別位于各加載方向的兩端；該系統(tǒng)通過由計算機81控制的電液伺服系統(tǒng)對六個加載缸進行獨立加卸荷控制，每個靜壓加載缸通過電液伺服閥可實現(xiàn)多樣應(yīng)力路徑加卸荷，每個擾動加載缸通過擾動電液伺服閥72和擾動油泵71可輸出具有不同擾動幅值、擾動頻率的隨機波形、正弦波、三角波、方波、斜波、脈沖等，對試樣進行異源、變截面、多樣擾動加載，因此該系統(tǒng)可實現(xiàn)三個相互垂直方向獨立多應(yīng)力路徑加卸荷和動力擾動組合誘變。

綜上所述，本發(fā)明是一種巖石試樣安裝輕便、加載和承載參數(shù)精確同步、試樣誘變過程表征參數(shù)多樣、可實現(xiàn)三個相互垂直方向獨立多應(yīng)力路徑加卸荷和動力擾動組合誘變的巖石類材料真三軸試驗系統(tǒng)，以研究深部高應(yīng)力巖體在復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境、多樣動力源擾動、以及不同應(yīng)力路徑加卸荷條件下的三維力學(xué)特性。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例。對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思前提下所得到的改進和變換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。