[发明专利]一种加载刚度可调的真三轴试验机及试验方法

权利要求书

1.一种加载刚度可调的真三轴试验机，其特征在于，包括第一主应力变刚度加载装置、第二主应力变刚度加载装置、第三主应力加载装置、监测系统和控制系统，

所述第一主应力变刚度加载装置包括外框架、内顶梁、第一内立柱、第一刚度调节油缸、第一加载油缸和第一承压柱，第一刚度调节油缸设置在外框架的顶部，内顶梁设置在第一刚度调节油缸下方，第一刚度调节油缸下端设置有短承压柱，短承压柱下端与内顶梁接触，内顶梁下方设置有第一承压柱，第一加载油缸设置在外框架的底部，第一内立柱连接内顶梁和外框架的底部；

所述第二主应力变刚度加载装置包括内侧板、内横柱、第二刚度调节油缸、第二加载油缸和第二承压柱，所述第二主应力变刚度加载装置左右两侧对称布置，所述第二刚度调节油缸和外框架接触，所述第二加载油缸和内侧板相连，所述内侧板之间连接有内横柱，内侧板上还设置有第二承压柱；

所述第三主应力加载装置包括第三加载油缸和第三承压柱，所述第三加载油缸设置在外框架的后侧，第三加载油缸和第三承压柱相连；

所述监测系统包括第一刚度传感器、第二刚度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第一位移传感器和第二位移传感器，所述第一刚度调节油缸和内顶梁之间设置有第一刚度传感器，所述内顶梁和第一承压柱之间设置有第一压力传感器，所述内顶梁和固定底座之间设置有第一位移传感器；所述第二刚度调节油缸和内侧板之间设置有第二刚度传感器，所述第二加载油缸和第二承压柱之间设置有第二压力传感器，所述内侧板之间设置有第二位移传感器；第三加载油缸和第三承压柱之间设置有第三压力传感器；

所述监测系统将监测信息传输至控制系统，所述第一刚度调节油缸、第一加载油缸、第二刚度调节油缸、第二加载油缸和第三加载油缸受控制系统的控制。

2.根据权利要求1所述的一种加载刚度可调的真三轴试验机，其特征在于，所述内侧板下端设置有滑轮，所述外框架底部设置有固定底座，固定底座上还设置有滑轮导轨。

3.根据权利要求1所述的一种加载刚度可调的真三轴试验机，其特征在于，所述内顶梁的刚度大于第一内立柱的刚度，所述内侧板的刚度大于内横柱的刚度。

4.一种加载刚度可调的真三轴试验机的刚度调节方法，利用权利要求1至3任一项所述的一种加载刚度可调的真三轴试验机，其特征在于，加载刚度的调节包括：

第一主应力加载方向上的刚度调节：第一加载油缸对试件进行加载，内顶梁带动第一内立柱拉伸，使第一内立柱产生弹性变形，第一压力传感器将监测数据反馈至控制系统，控制系统控制第一刚度调节油缸进行加载或者卸载，进而调整内顶梁的位移量和第一内立柱的变形量；

第二主应力加载方向上的刚度调节：第二加载油缸对试件进行加载，内侧板带动内横柱拉伸，使内横柱产生弹性变形，第二压力传感器将监测数据反馈至控制系统，控制系统控制第二刚度调节油缸进行加载或者卸载，进而调整内侧板的位移量和内横柱的变形量。

5.根据权利要求4所述的一种加载刚度可调的真三轴试验机的刚度调节方法，其特征在于，所述第一加载油缸对试件进行加载的过程中，控制系统控制第一刚度调节油缸加载或卸载，具体是：保持第一压力传感器测得的载荷值和第一位移传感器测得的第一主应力方向上的位移值两者的比值保持设定值不变，当第一压力传感器测得的载荷值和第一主应力方向上的位移值比值大于设定值时，第一刚度调节油缸卸载；当第一压力传感器测得的载荷值和第一主应力方向上的位移值比值小于设定值时，第一刚度调节油缸加载；

第二加载油缸对试件进行加载的过程中，控制系统控制第二刚度调节油缸加载或卸载，具体是，保持第二压力传感器测得的载荷值和第二位移传感器测得的第二主应力方向上的位移值两者的比值保持设定值不变，当第二压力传感器测得的载荷值和第二主应力方向上的位移值比值大于设定值时，第二刚度调节油缸卸载；当第二压力传感器测得的载荷值和第二主应力方向上的位移值比值小于设定值时，第二刚度调节油缸加载。

6.一种加载刚度可调的真三轴试验方法，利用权利要求1至3任一项所述的一种加载刚度可调的真三轴试验机，其特征在于，

第一步：确定第一主应力方向上的加载刚度和第二主应力方向上的加载刚度，计算确定第一主应力方向上的载荷值与第一主应力方向上的位移值之间的函数关系，以及第二主应力方向上的载荷值与第二主应力方向上的位移值之间的函数关系；

第二步：安放岩石试件，通过第一加载油缸、第二加载油缸以及第三加载油缸对岩石试件进行加载；

第三步：监测系统将监测数据反馈至控制系统，控制系统通过控制第一刚度调节油缸和第二刚度调节油缸加载或者卸载，满足第一主应力方向上的载荷值与第一主应力方向上的位移值之间的函数关系，以及第二主应力方向上的载荷值与第二主应力方向上的位移值之间的函数关系，直至岩石试件失稳破坏，试验结束。