[发明专利]一种三轴试验机及试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及岩石力学特性的测试技术领域，具体涉及一种三轴试验机及试验系统。

背景技术

近年来，国家基础设施建设规模越来越大，而在基础设施建设过程中遇到的地质问题也越来越复杂，涉及的岩土力学问题也越来越多元化，这就迫使我们进一步完善和发展岩土工程的测试技术。通过科学地试验来鉴定岩石的各项性能指标，达到合理的选择、使用和开凿岩石，以及更深入地认识岩体介质在复杂环境中的力学特征，以保证施工工程的安全、经济和合理。

随着测试技术的不断发展，三轴试验机已广泛应用于岩土工程、建筑材料、地质灾害研究与应用等领域；而在岩土工程领域中，用于测试岩石力学性能的三轴试验机则是主要的研究对象，因为岩石三轴试验机承担着边坡稳定、巷道(隧道)围岩维护、冲击地压、地震效应等方面的研究和工程应用的重任。

通常，在利用三轴试验机测试岩石的力学特性时，主要包括岩石的抗压、抗拉、抗剪(断)强度以及岩石破坏、断裂的机理和强度准则等，强度准则通常采用的是库伦－纳维准则，这个准则假定对破坏面起作用的正应力会增加岩石的抗剪强度，其增加量与正(压)应力的大小成正比；而不同种类的岩石在外力作用下达到破坏时的极限应力不同，其破坏极限应力属于岩石力学特性的主要属性之一，需要通过三轴试验机对岩石试件的测试而获得，通常岩石试件(后面简称试件)会被加工成正方体或长方体结构，以便三轴试验机对试件施加外载荷，从而获得试件的力学特性参数；当三轴试验机只对试件的一个方向施加外载荷时，此时为普通的三轴试验，当三轴试验机分别对试件的三个相互垂直的方向施加外载荷时，此时为真三轴试验。

此外，在岩土工程中，岩爆是非常复杂的动力地质现象，其发生与否以及强烈程度大小不仅仅取决于某一单一因素，而是多种因素共同作用的结果，岩爆的机制到目前为止还不十分清楚，采用数学或力学的方法建立岩爆预测系统是非常困难的；通过建立能够模拟实际工程开挖条件的实验系统，设计岩石试件的形式和尺寸，在实验室条件下再现岩爆这种灾害现象，是当前较为有效的研究岩爆机理的试验手段，而模拟岩爆现象通常还是需要用到三轴试验机。

在利用三轴试验机进行试件的三轴试验或真三轴试验或岩爆试验时，试件是否与各方向的载荷对中，对试验的结果有较大的影响，故在利用三轴试验机测试试件时，需要尽量地使试件与各方向的载荷对中；然而，现有技术中的三轴试验机中，试件的安装过程复杂，且试件的对中过程繁琐，对中效果较差，从而导致测出的试件的三轴力学特性与实际情况存在较大差异，尤其是在进行岩爆试验时，通常采用的是加载荷试验方式，这与岩爆发生的应力途径并不完全吻合，从而使得模拟出的岩爆现象与实际情况不符。

发明内容

本发明的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种三轴试验机及试验系统，可以方便、快速的完成试件的对中过程，不仅可以对试件进行三向六面加载，完成真三轴试验，而且在三向六面加载的过程中，还可以实现单向突然卸载，完成岩爆试验。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三轴试验机，包括加载框架、试件盒、底座、六个作动器，其中，

所述底座包括轴向框架底座、水平框架底座、试件盒底座，所述轴向框架底座、水平框架底座以及试件盒底座分别设置在三套独立的地基基础上；

所述加载框架包括轴向框架、水平框架，所述轴向框架设置于轴向框架底座，水平框架设置于水平框架底座，六个作动器分别设置于轴向框架和水平框架上，六个所述作动器的轴线相交于一点O，六个所述作动器用于向所述试件盒内的试件提供垂直于试件六个表面的六个载荷，使得垂直于试件表面的三个方向上具有独立加载/卸载能力；所述作动器上设置有载荷传感器及行程传感器；

所述试件盒固定在所述试件盒底座上，所述试件盒用于安装、定位试件，使得试件的几何中心0＇＇与试件盒的几何中心0＇重合；试件盒可利用试件盒底座调整的水平度和轴向高度，使得试件盒的几何中心O＇与所述点O重合，同时使得试件的任意一个面与任意一个作动器的轴线垂直。