本發(fā)明屬于巖石三軸試驗設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種可外裝試樣的巖石真三軸試驗裝置。

背景技術(shù)：

在天然條件下，地殼和工程巖體是在復(fù)雜的組合應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生變形和破壞的。巖體是一種復(fù)雜的地質(zhì)體，處于復(fù)雜的三維應(yīng)力場中，巖體破壞通常是由于其所賦存的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變引起的。常規(guī)三軸巖石力學(xué)試驗一般都是對巖石施加一定的圍壓，然后保持圍壓不變(即σ2＝σ3)增加最大主應(yīng)力σ1使巖石發(fā)生破壞，這種試驗方法只能研究軸對稱的應(yīng)力狀態(tài)，不適用于中間主應(yīng)力對巖體強度和變形的影響。真三軸試驗可以解決常規(guī)三軸試驗不能反映的復(fù)雜應(yīng)力路徑的演化問題，通過主應(yīng)力σ1，σ2，σ3的獨立變化，可以體現(xiàn)巖體實際受荷情況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種可外裝試樣的巖石真三軸試驗裝置，本發(fā)明裝置主機垂直方向采用四柱式結(jié)構(gòu)，兩個水平方向采用整體鑄造的加載框架，該裝置結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、剛度大；加載框架采用可滑動設(shè)計，可在外部進行裝樣和調(diào)試，活動空間大，便于安裝和操作。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種可外裝試樣的巖石真三軸試驗裝置，包括均水平設(shè)置并互相垂直安裝的X向支撐架和Y向支撐架，Z向支撐架垂直X向支撐架和Y向支撐架沿豎直方向設(shè)置，X向支撐架上安裝有X向加載工作臺，X向加載工作臺可沿X向支撐架的設(shè)置方向進行滑動，Y向支撐架上安裝有Y向加載工作臺，Y向加載工作臺可沿Y向支撐架的設(shè)置方向進行滑動，Z向支撐架上安裝有Z向加載工作臺，Z向加載工作臺可沿Z向支撐架的設(shè)置方向進行滑動；

X向加載工作臺包括內(nèi)部中空的X向加載框架，X向加載框架可滑動的安裝在X向支撐架上，X向加載框架內(nèi)部設(shè)有X向巖樣位置處，X向巖樣位置處下方設(shè)有下墊塊，其上方設(shè)有上墊塊；X向巖樣位置處沿X向支撐架的設(shè)置方向上的兩側(cè)分別水平設(shè)有X向第一加載油缸和X向第二加載油缸，X向第一加載油缸包括X向第一活塞桿，X向第一活塞桿端部連接X向傳壓板，X向傳壓板連接X向傳壓桿，X向傳壓板上還安裝有X向第一傳感器，X向傳壓桿連接X向傳壓內(nèi)軸，X向傳壓內(nèi)軸外側(cè)設(shè)有X向第一傳壓柱，X向第一傳壓柱側(cè)壁連接旋臂，X向第一傳壓柱外端部接近X向巖樣位置處；X向第二加載油缸包括X向第二活塞桿，X向第二活塞桿端部連接X向第二傳感器，X向第二活塞桿的側(cè)壁上安裝X向位移測量裝置，X向第二傳感器連接X向關(guān)節(jié)軸承，X向關(guān)節(jié)軸承端面安裝X向壓板，X向壓板外端面接近X向巖樣位置處；

Y向加載工作臺包括內(nèi)部中空的Y向加載框架，Y向加載框架可滑動的安裝在Y向支撐架上， Y向加載框架內(nèi)部設(shè)有Y向巖樣位置處，Y向巖樣位置處沿Y向支撐架的設(shè)置方向上的兩側(cè)分別水平設(shè)有連接桿和Y向油缸，連接桿一端連接Y向加載框架，其另一端連接Y向第一傳壓柱，Y向第一傳壓柱的外端部安裝Y向第一關(guān)節(jié)軸承，Y向第一關(guān)節(jié)軸承外側(cè)連接Y向第一壓塊，Y向第一壓塊的外側(cè)端面接近Y向巖樣位置處；Y向油缸固定安裝在Y向加載框架中，Y向油缸包括Y向活塞桿，Y向活塞桿的外端部連接Y向傳壓板，Y向傳壓板的另一側(cè)連接Y向第一傳感器，Y向傳壓板的側(cè)壁上安裝Y向位移測量裝置，Y向第一傳感器的外側(cè)安裝有Y向第二關(guān)節(jié)軸承，Y向第二關(guān)節(jié)軸承外端部連接Y向第二壓塊，Y向第二壓塊的外側(cè)端面接近Y向巖樣位置處；

Z向加載工作臺包括設(shè)于中部的Z向巖樣位置處，Z向巖樣位置處的上方設(shè)有軸向上油缸，Z向巖樣位置處的下方設(shè)有軸向下油缸，軸向上油缸的活塞桿朝下的外側(cè)端部連接Z向上傳壓板，Z向上傳壓板的下端面連接Z向第一傳感器，Z向上傳壓板側(cè)壁上安裝上位移測量裝置，Z向第一傳感器的下側(cè)端面安裝有Z向上關(guān)節(jié)軸承，Z向上關(guān)節(jié)軸承的下側(cè)連接Z向上墊板，Z向上墊板下側(cè)端面連接Z向上壓塊；軸向下油缸包括連接在一起的軸向下活塞和軸向下活塞桿，軸向下活塞桿上側(cè)端面連接Z向下墊板，Z向下墊板的側(cè)壁上安裝有下位移測量裝置，Z向下墊板上端面連接Z向下壓塊。前述位移測量裝置可采用位移傳感器進行測量微小位移變化。

本發(fā)明進一步限定的技術(shù)方案是：

前述X向支撐架的一側(cè)連接有分支滑軌，分支滑軌水平設(shè)置并垂直X向支撐架，分支滑軌上設(shè)有巖樣安裝小車，巖樣安裝小車可沿分支滑軌滑入X向加載框架中。

前述Z向支撐架包括4根豎直設(shè)置的相同的立柱。

前述X向加載框架下方設(shè)有X向加載框架車輪，其上方設(shè)有X向加載框架吊環(huán)，X向支撐架的上方設(shè)有X向框架導(dǎo)軌，X向加載框架車輪與X向框架導(dǎo)軌相配合。

前述X向支撐架的外側(cè)端部安裝有X向支撐架推移裝置，該推移裝置采用推移液壓缸或伺服電機，X向支撐架推移裝置連接X向加載框架。

前述旋臂安裝在X向加載框架的側(cè)壁上。

進一步的，

前述Y向加載工作臺一側(cè)端部與Y向支撐架的一側(cè)端部之間安裝有Y向支撐架推移裝置，該推移裝置采用推移液壓缸或伺服電機。

前述軸向下油缸側(cè)壁上設(shè)有加油口。

前述Y向加載工作臺與Y向支撐架之間設(shè)有平行的過渡導(dǎo)軌。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明設(shè)計的巖石真三軸試驗裝置，主機垂直方向采用四柱式結(jié)構(gòu)，兩個水平方向采用整體鑄造的加載框架，該結(jié)構(gòu)形式外型美觀、剛度大；控制系統(tǒng)采用進口原裝德國DOLI全數(shù)字伺服控制器，該控制系統(tǒng)控制精度高、保護功能全、可靠性能強，并且可以實現(xiàn)試驗力、變形、位移等三種方式的閉環(huán)控制，以及可以完成三種控制方式的平滑切換。電液伺服閥采用美國MOOG公司的電液伺服閥，具有響應(yīng)快、抗污染能力強等特點。試驗裝置的計算機系統(tǒng)采用目前市場上最先進的聯(lián)想主機，具有良好的人機界面，可以顯示試驗力、位移、變形（垂直方向、兩個水平方向）、控制方式、加載速率等多種試驗和測量參數(shù)以及多種試驗曲線。試驗完成后可以顯示試驗結(jié)果，進行曲線分析，打印試驗報告，數(shù)據(jù)導(dǎo)出文本和excel等格式。采用先進的測控器與電子計算機相結(jié)合，使用操作非常簡單方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的俯視圖；

圖2為本發(fā)明的側(cè)視圖；

圖3為X向加載工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為Y向加載工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為Z向加載工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-X向加載工作臺，2-Y向加載工作臺，3-Z向加載工作臺，4-X向支撐架，5-Y向支撐架，6-Z向支撐架，7-巖樣安裝小車；101- X向加載框架，102- X向加載框架車輪，103- X向加載框架吊環(huán)，104-下墊塊，105-上墊塊，106-X向第一活塞桿，107-X向傳壓板，108-X向第一傳感器，109-旋臂，110-X向傳壓桿，111-X向第一傳壓柱，112-X向傳壓內(nèi)軸，113-X向壓板，114-X向關(guān)節(jié)軸承，115-X向第二傳感器，116- X向第二活塞桿，117-X向位移測量裝置；201-連接桿，202-Y向第一傳壓柱，203-Y向第一關(guān)節(jié)軸承，204-Y向第一壓塊，205-Y向第二壓塊，206-Y向第二關(guān)節(jié)軸承，207-Y向第一傳感器，208- Y向傳壓板，209-Y向位移測量裝置，210-Y向活塞桿，211-Y向油缸，212-Y向支撐架推移裝置，213-Y向加載框架；301-軸向上油缸，302-上位移測量裝置，303-Z向第一傳感器，304-Z向上傳壓板，305-Z向上關(guān)節(jié)軸承，306-Z向上墊板，307-Z向上壓塊，308-Z向下壓塊，309-下位移測量裝置，310-Z向下墊板，311-軸向下活塞桿，312-加油口，313-軸向下活塞，314-軸向下油缸，315-過渡導(dǎo)軌；401- X向框架導(dǎo)軌，402-X向支撐架推移裝置。

具體實施方式

實施例1

本實施例提供一種可外裝試樣的巖石真三軸試驗裝置，結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，包括均水平設(shè)置并互相垂直安裝的X向支撐架4和Y向支撐架5，Z向支撐架6垂直X向支撐架4和Y向支撐架5沿豎直方向設(shè)置，X向支撐架4上安裝有X向加載工作臺1，X向加載工作臺1可沿X向支撐架4的設(shè)置方向進行滑動，Y向支撐架5上安裝有Y向加載工作臺2，Y向加載工作臺2可沿Y向支撐架5的設(shè)置方向進行滑動，Z向支撐架6上安裝有Z向加載工作臺3，Z向加載工作臺3可沿Z向支撐架6的設(shè)置方向進行滑動；

如圖3所示，X向加載工作臺1包括內(nèi)部中空的X向加載框架101，X向加載框架101可滑動的安裝在X向支撐架4上，X向加載框架101內(nèi)部設(shè)有X向巖樣位置處，X向巖樣位置處下方設(shè)有下墊塊104，其上方設(shè)有上墊塊105；X向巖樣位置處沿X向支撐架4的設(shè)置方向上的兩側(cè)分別水平設(shè)有X向第一加載油缸和X向第二加載油缸，X向第一加載油缸包括X向第一活塞桿106，X向第一活塞桿106端部連接X向傳壓板107，X向傳壓板107連接X向傳壓桿110，X向傳壓板107上還安裝有X向第一傳感器108，X向傳壓桿110連接X向傳壓內(nèi)軸112，X向傳壓內(nèi)軸112外側(cè)設(shè)有X向第一傳壓柱111，X向第一傳壓柱111側(cè)壁連接旋臂109，X向第一傳壓柱111外端部接近X向巖樣位置處；X向第二加載油缸包括X向第二活塞桿116，X向第二活塞桿116端部連接X向第二傳感器115，X向第二活塞桿116的側(cè)壁上安裝X向位移測量裝置117，X向第二傳感器115連接X向關(guān)節(jié)軸承114，X向關(guān)節(jié)軸承114端面安裝X向壓板113，X向壓板113外端面接近X向巖樣位置處；

如圖4所示，Y向加載工作臺2包括內(nèi)部中空的Y向加載框架213，Y向加載框架213可滑動的安裝在Y向支撐架5上， Y向加載框架213內(nèi)部設(shè)有Y向巖樣位置處，Y向巖樣位置處沿Y向支撐架5的設(shè)置方向上的兩側(cè)分別水平設(shè)有連接桿201和Y向油缸211，連接桿201一端連接Y向加載框架213，其另一端連接Y向第一傳壓柱202，Y向第一傳壓柱202的外端部安裝Y向第一關(guān)節(jié)軸承203，Y向第一關(guān)節(jié)軸承203外側(cè)連接Y向第一壓塊204，Y向第一壓塊204的外側(cè)端面接近Y向巖樣位置處；Y向油缸211固定安裝在Y向加載框架213中，Y向油缸211包括Y向活塞桿210，Y向活塞桿210的外端部連接Y向傳壓板208，Y向傳壓板208的另一側(cè)連接Y向第一傳感器207，Y向傳壓板208的側(cè)壁上安裝Y向位移測量裝置209，Y向第一傳感器207的外側(cè)安裝有Y向第二關(guān)節(jié)軸承206，Y向第二關(guān)節(jié)軸承206外端部連接Y向第二壓塊205，Y向第二壓塊205的外側(cè)端面接近Y向巖樣位置處；

如圖5所示，Z向加載工作臺3包括設(shè)于中部的Z向巖樣位置處，Z向巖樣位置處的上方設(shè)有軸向上油缸301，Z向巖樣位置處的下方設(shè)有軸向下油缸314，軸向上油缸301的活塞桿朝下的外側(cè)端部連接Z向上傳壓板304，Z向上傳壓板304的下端面連接Z向第一傳感器303，Z向上傳壓板304側(cè)壁上安裝上位移測量裝置302，Z向第一傳感器303的下側(cè)端面安裝有Z向上關(guān)節(jié)軸承305，Z向上關(guān)節(jié)軸承305的下側(cè)連接Z向上墊板306，Z向上墊板306下側(cè)端面連接Z向上壓塊307；軸向下油缸314包括連接在一起的軸向下活塞313和軸向下活塞桿311，軸向下活塞桿311上側(cè)端面連接Z向下墊板310，Z向下墊板310的側(cè)壁上安裝有下位移測量裝置309，Z向下墊板310上端面連接Z向下壓塊308。

前述位移測量裝置可采用位移傳感器進行測量微小位移變化。前述X向支撐架4的一側(cè)連接有分支滑軌，分支滑軌水平設(shè)置并垂直X向支撐架4，分支滑軌上設(shè)有巖樣安裝小車7，巖樣安裝小車7可沿分支滑軌滑入X向加載框架101中。前述Z向支撐架6包括4根豎直設(shè)置的相同的立柱。前述X向加載框架101下方設(shè)有X向加載框架車輪102，其上方設(shè)有X向加載框架吊環(huán)103，X向支撐架4的上方設(shè)有X向框架導(dǎo)軌401，X向加載框架車輪102與X向框架導(dǎo)軌401相配合。前述X向支撐架4的外側(cè)端部安裝有X向支撐架推移裝置402，該推移裝置采用推移液壓缸，X向支撐架推移裝置402連接X向加載框架101。前述旋臂109安裝在X向加載框架101的側(cè)壁上。

前述Y向加載工作臺2一側(cè)端部與Y向支撐架5的一側(cè)端部之間安裝有Y向支撐架推移裝置212，該推移裝置采用推移液壓缸。前述軸向下油缸314側(cè)壁上設(shè)有加油口312。前述Y向加載工作臺2與Y向支撐架5之間設(shè)有平行的過渡導(dǎo)軌315。

實施例2

本實施例提供一種可外裝試樣的巖石真三軸試驗方法，包括如下具體步驟：

步驟（一）、檢查線路、管路是否連接完好并進行調(diào)試；

步驟（二）、通過驅(qū)動Y向支撐架推移裝置212推動Y向加載框架213，將Y向加載工作臺2推進Z向加載工作臺3中；

步驟（三）、將試樣按要求組裝成試樣組件，將巖樣安裝小車7退至X向支撐架4一側(cè)的分支滑軌上，并安裝在巖樣安裝小車7上，再將裝有試樣組件的巖樣安裝小車7通過分支滑軌推入X向加載框架101中；

步驟（四）、連同巖樣安裝小車7一起，將X向加載框架101沿著X向支撐架4上的X向框架導(dǎo)軌401推進Z向加載工作臺3中；

步驟（五）、驅(qū)動軸向下油缸314，通過軸向下活塞桿311和軸向下活塞313向上運動，推動Z向下壓塊308向上移動，從而托舉載有試樣組件的巖樣安裝小車7上升，直至試樣組件的中心和水平設(shè)置的X向第一加載油缸、X向第二加載油缸以及Y向油缸211處于同一水平面上；

步驟（六）、驅(qū)動軸向上油缸301，使得Z向上壓塊307向下運動，直至接觸試樣組件的上表面，通過軸向下油缸314和軸向上油缸301將試樣組件連同巖樣安裝小車7固定住；

步驟（七）、驅(qū)動X向第一加載油缸、X向第二加載油缸、連接桿201及Y向油缸211，從而推動X向第一傳壓柱111、X向壓板113、Y向第一壓塊204及Y向第二壓塊205分別接觸試樣組件的四個側(cè)表面；

步驟（八）、由于X向第一加載油缸為擾動油缸，若無需進行擾動加載，則軸向下油缸314、X向第一加載油缸以及連接桿201不動，通過驅(qū)動軸向上油缸301、X向第二加載油缸和Y向油缸211對試樣組件進行加載試驗；若需要進行擾動加載，則軸向下油缸314及連接桿201不動，通過驅(qū)動軸向上油缸301、X向第一加載油缸、X向第二加載油缸和Y向油缸211對試樣組件進行加載試驗，并記錄實驗數(shù)據(jù)；

步驟（九）、加載過程中，由于自平衡作用，X向加載框架101及Y向加載框架213在水平方向上發(fā)生微小位移，并分別由X向位移測量裝置117及Y向位移測量裝置209測出微小位移量，且由X向第一傳感器108及X向第二傳感器115測出X向加載工作臺1施加的加載力，由Y向第一傳感器207測出Y向加載工作臺2施加的加載力，由Z向第一傳感器303測出Z向加載工作臺3施加的加載力；

步驟（十）、加載試驗完成后，根據(jù)是否進行擾動加載，首先撤走X向第一加載油缸、X向第二加載油缸和Y向油缸211的加載，或者首先撤走X向第二加載油缸和Y向油缸211的加載；再撤走軸向上油缸301的加載，然后X向加載框架101及Y向加載框架213卸去自平衡作用自動回到自然狀態(tài)位置處，軸向下油缸314下降直至落到Z向加載工作臺3的底部，而載有試樣組件的巖樣安裝小車7落在X向加載工作1上；

步驟（十一）、驅(qū)動X向支撐架推移裝置402將X向加載框架101連同載有試樣組件的巖樣安裝小車7一同推移至X向支撐架4的外側(cè)尾部，且將載有試樣組件的巖樣安裝小車7退回至X向支撐架4一側(cè)的分支滑軌上；驅(qū)動Y向支撐架推移裝置212將Y向加載框架213推移至Y向支撐架5的外側(cè)尾部；

步驟（十二）、拆卸安裝小車7上的試樣組件，并關(guān)閉設(shè)備的管路及電源。

以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。