[发明专利]一种低频扰动与高速冲击型高压真三轴试验装置及方法

权利要求书

1.一种低频扰动与高速冲击型高压真三轴试验装置，其特征在于：包括静载荷加载框架、动载荷加载框架、第一竖向静载荷加载作动器、第二竖向静载荷加载作动器、第一水平静载荷加载作动器、第二水平静载荷加载作动器、第一水平动载荷加载作动器、第二水平动载荷加载作动器及分离式霍普金森压杆机构；所述第一竖向静载荷加载作动器、第二竖向静载荷加载作动器、第一水平静载荷加载作动器、第二水平静载荷加载作动器、第一水平动载荷加载作动器及第二水平动载荷加载作动器与油源系统相连；

所述静载荷加载框架采用口字型结构，静载荷加载框架的口字型中心为岩样加载处，静载荷加载框架通过第一底座固定安装在地面上；所述第一竖向静载荷加载作动器及第二竖向静载荷加载作动器对称设置在静载荷加载框架的上下横梁上，所述第一水平静载荷加载作动器及第二水平静载荷加载作动器对称设置在静载荷加载框架的前后立柱上；

在所述静载荷加载框架的左右两侧地面上分别设置有第二底座和第三底座，所述动载荷加载框架穿过静载荷加载框架的中孔并坐置于第二底座和第三底座上；在所述第二底座和第三底座上均设置有导轨，在静载荷加载框架底部安装有导轮，静载荷加载框架通过导轮与导轨滑动配合；所述第一水平动载荷加载作动器及第二水平动载荷加载作动器对称设置在动载荷加载框架的左右两端；

在所述第一竖向静载荷加载作动器、第二竖向静载荷加载作动器、第一水平静载荷加载作动器及第二水平静载荷加载作动器的活塞轴端部均加装有静力传感器；

在所述第一水平动载荷加载作动器的活塞轴轴向中心开设有第一空心孔道，在所述第二水平动载荷加载作动器的活塞轴轴向中心开设有第二空心孔道，第一水平动载荷加载作动器及第二水平动载荷加载作动器的活塞轴端部均加装有动态压力传感器，动态压力传感器采用空心环状结构，动态压力传感器的中心孔、第一空心孔道及第二空心孔道为同轴心设置；

所述分离式霍普金森压杆机构分别通过第一空心孔道、动态压力传感器的中心孔及第二空心孔道对岩样施加高速冲击载荷；

所述分离式霍普金森压杆机构包括发射器、撞击杆、入射杆、透射杆、吸收杆及吸收器，在入射杆和透射杆表面贴附有应变片；所述发射器通过第四底座设置在地面上，所述撞击杆通过支撑架设置在第四底座上，撞击杆一端与发射器相连；所述入射杆位于第一空心孔道内；所述吸收器通过第五底座设置在地面上，所述吸收杆通过支撑架设置在第五底座上，所述透射杆位于第二空心孔道内；所述撞击杆、入射杆、透射杆及吸收杆为同轴心设置；

所述第一水平动载荷加载作动器及第二水平动载荷加载作动器结构相同且均采用静压油路平衡支撑密封方式，作动器的一侧油腔通过第一伺服阀与油源系统相连，且该侧油路上配装有第一蓄能器；作动器的另一侧油腔通过第二伺服阀与油源系统相连，且该侧油路上配装有第二蓄能器；通过第一伺服阀和第二伺服阀加大流量驱动活塞动态响应，通过第一蓄能器和第二蓄能器平衡低频扰动加载时的系统压力。

2.采用权利要求1所述的一种低频扰动与高速冲击型高压真三轴试验装置的试验方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：通过刚性压块完成岩样封装，并在刚性压块与岩样之间安装位移传感器；

步骤二：将动载荷加载框架从静载荷加载框架的中孔内推出，将封装好的岩样固定安装到动载荷加载框架内；

步骤三：调整位移传感器的位置和触针伸长量，使位移传感器处于试验量程范围内；

步骤四：将固定有岩样的动载荷加载框架推回静载荷加载框架中孔内，并使岩样处在三向加载的中心；

步骤五：通过对第一竖向静载荷加载作动器、第二竖向静载荷加载作动器、第一水平静载荷加载作动器、第二水平静载荷加载作动器、第一水平动载荷加载作动器及第二水平动载荷加载作动器实施位移控制，完成岩样的精确对中夹紧；

步骤六：通过对第一竖向静载荷加载作动器、第二竖向静载荷加载作动器、第一水平静载荷加载作动器、第二水平静载荷加载作动器、第一水平动载荷加载作动器及第二水平动载荷加载作动器对岩样进行真三轴静力加载；

步骤七：在目标应力水平点时保持真三轴静力加载的应力水平不变，通过第一水平动载荷加载作动器及第二水平动载荷加载作动器对岩样施加同相位对中低频扰动载荷，通过分离式霍普金森压杆机构对岩样施加高速冲击载荷；

步骤八：记录并观测岩样的变形情况。

3.根据权利要求2所述的试验方法，其特征在于：在步骤七中，低频扰动和高速冲击的施加方式有三种，第一种为单独施加低频扰动载荷，第二种为单独施加高速冲击载荷，第三种为先施加低频扰动载荷再施加高速冲击载荷。