技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于巖石力學(xué)試驗設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種動力擾動低溫巖石三軸加卸載流變儀及試驗方法。

背景技術(shù)：
：

我國西北地區(qū)鄂爾多斯盆地一帶的煤炭儲備豐富，十三五規(guī)劃綱要中明確提出，限制東部、控制中部和東北、優(yōu)化西部地區(qū)煤炭資源開發(fā)，推進大型煤炭基地綠色化開采和改造?？梢娢鞑康貐^(qū)煤炭資源開發(fā)利用對國家經(jīng)濟發(fā)展、能源安全戰(zhàn)略具有重要意義，而該地區(qū)開采深度范圍內(nèi)巖層巖性差異性較大，局部巖層內(nèi)帶狀脈狀裂隙含水系統(tǒng)、斷裂帶貯水空間以及斷裂帶集水廊道中地下水豐富，礦井鑿掘過程中揭露含水層時易發(fā)生突水、涌水事故，人工凍結(jié)法是此類富水基巖井筒建設(shè)中行之有效的方法，形成的凍結(jié)巖壁能夠?qū)崿F(xiàn)止水、提供高強支護的效果，為井筒安全高效掘進提供安全保障，但凍結(jié)壁組分復(fù)雜，對其力學(xué)特性認(rèn)識還很淺，導(dǎo)致凍結(jié)參數(shù)設(shè)計不合理，一方面使得凍結(jié)壁強度利用不充分，增加施工成本；另一方面針對礦井開挖卸荷，凍結(jié)壁內(nèi)三向受力狀態(tài)巖體在爆破、機械振動等擾動荷載作用下發(fā)生變形，且?guī)r體強度隨擾動效應(yīng)增大而降低，同時此類含冰裂隙巖體在擾動作用下產(chǎn)生次生裂隙，開挖卸荷后裂隙進一步擴展，巖體變形隨時間漸進增大，很長一段時間后可能發(fā)生顯著變形甚至失穩(wěn)破壞，即低溫含冰裂隙巖體蠕變現(xiàn)象普遍存在，最終使得巖壁產(chǎn)生不同程度損傷，出現(xiàn)井筒嚴(yán)重變形、漏水事故。因此，必須開展有關(guān)低溫巖石、含冰裂隙巖體力學(xué)特性試驗研究，尤其需要掌握擾動荷載作用下該類凍結(jié)巖體三軸加卸載力學(xué)特性、時間效應(yīng)和三軸流變特性，對凍結(jié)壁的參數(shù)設(shè)計及其安全性評價具有重要意義。

目前，對裂隙巖體三軸壓縮、流變力學(xué)特性研究較多，但由于缺乏先進設(shè)備，涉及低溫、擾動條件下裂隙巖體三軸壓縮試驗及三軸流變特性試驗研究還處于空白，對于低溫裂隙巖體受擾動作用后三軸壓縮力學(xué)特性以及隨時間變化的力學(xué)行為目前還不得而知；此外，低溫裂隙巖體隨時間變化的變形會對混凝土井壁產(chǎn)生作用力，使得新澆筑混凝土井壁受巖壁變形及爆破振動雙重作用，其擾動效應(yīng)下的流變特性及穩(wěn)定性評價也無資料可查。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：

為了解決上述難題，本發(fā)明提供了一種動力擾動低溫巖石三軸加卸載流變儀及試驗方法，包括以受動力擾動的工程巖體為研究對象，實現(xiàn)不同環(huán)境溫度、不同擾動荷載條件下巖體的三軸壓縮及三軸加卸載流變試驗。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種動力擾動低溫巖石三軸加卸載流變儀，屬于測試低溫巖體在擾動荷載作用下強度、變形以及與流變性狀的試驗裝置，所述試驗裝置側(cè)重于巖石三軸的流變試驗，三軸壓力室內(nèi)部可通入冷卻液對壓力室內(nèi)部進行冷卻，從而可進行低溫三軸的流變試驗，軸壓加載與圍壓加載均采用絲桿結(jié)構(gòu)的增壓器加載，適用于長時間加載，軸壓加載的作動器為伺服作動器，通過轉(zhuǎn)換閥可在增壓器與伺服閥之間進行切換，故所述試驗裝置除可用于流變試驗外也可采用伺服閥加載實現(xiàn)常規(guī)三軸壓縮試驗；所述試驗裝置包含動力擾動系統(tǒng)、機架、導(dǎo)軌、提升機構(gòu)、壓力室、小車、溫度控制系統(tǒng)、軸向加載系統(tǒng)、圍壓加載系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和計算機及軟件系統(tǒng)。

所述動力擾動系統(tǒng)采用兩種實現(xiàn)方式，包括砝碼動力擾動系統(tǒng)和沖擊缸動力擾動系統(tǒng)。所述砝碼動力擾動系統(tǒng)由右上大軸承座板、軸承蓋、連接板、提升鏈輪、下傳動軸、大錐齒輪、小錐齒輪、主傳動軸、左上大軸承座板、從動鏈輪、減速電機、主動鏈輪、輻輪式傳感器、加載板、沖擊承載桿、單排滾子鏈、左下大軸承座板、右下大軸承座板、上傳動軸、上蓋板、沖擊砝碼組成；所述沖擊砝碼屬具有厚度的圓環(huán)，套裝在所述沖擊承載桿外，圓環(huán)內(nèi)徑與所述沖擊承載桿外徑相同，且沖擊砝碼內(nèi)側(cè)布設(shè)滾珠，以減小沖擊砝碼下落時的阻力；所述減速電機帶動所述主動鏈輪轉(zhuǎn)動，再通過單排滾子鏈?zhǔn)沟盟鰪膭渔溳嗈D(zhuǎn)動，從而主傳動軸隨之轉(zhuǎn)動，所述主傳動軸一端設(shè)置小錐齒輪與所述下傳動軸左端設(shè)置的大錐齒輪咬合轉(zhuǎn)動，使得設(shè)置在所述下傳動軸中部的提升鏈輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)豎向單排滾子鏈不斷上下傳動，所述豎向單排滾子鏈外部設(shè)有撥片，豎向滾子鏈向上傳動時帶動所述沖擊砝碼沿著沖擊承載桿向上提升，當(dāng)砝碼到達所述上傳動軸位置時，撥片隨豎向單排滾子鏈傳動下移，沖擊砝碼再沿著沖擊承載桿發(fā)生自由落體運動，沖擊作用發(fā)生在所述沖擊承載桿中部平臺上，實現(xiàn)對加載板、輻輪式傳感器以及試樣的沖擊作用，用于模擬爆破、機械振動荷載對三向受力狀態(tài)下凍結(jié)巖體產(chǎn)生的擾動作用。

所述沖擊缸動力擾動系統(tǒng)由輻輪式傳感器、加載板、沖擊承載桿、沖擊缸、伺服閥、伺服油源、ⅳ型伺服控制器組成；所述沖擊缸內(nèi)含有沖擊桿，沖擊桿與沖擊承載桿相互作用形成的振動效應(yīng)傳遞給下部加載板和輻輪式傳感器，直至所述壓力室內(nèi)的試樣。

所述機架采用40mm厚的高強度結(jié)構(gòu)鋼焊接而成，剛度大、占地面積??；為了方便試驗、減少人工勞動強度，增加壓力室進出拖動小車、導(dǎo)軌和提升機構(gòu)；所述提升機構(gòu)用于提升壓力室筒體，所述小車用于放置壓力室，所述導(dǎo)軌可使所述小車沿軌道滑動。

所述溫度控制系統(tǒng)由制冷裝置、電磁閥、溫度傳感器、溫度控制儀、低溫恒溫儲油箱組成；所述低溫恒溫儲油箱內(nèi)裝有低溫航空硅油，所述航空硅油是壓力室降溫和控溫的冷媒介質(zhì)，同時，也可配合圍壓加載系統(tǒng)給壓力室內(nèi)試樣施加圍壓；壓力室內(nèi)、上壓桿、下壓頭均布設(shè)有溫度傳感器，溫度傳感器將監(jiān)測到的壓力室內(nèi)溫度實時傳輸給溫度控制儀，所述溫度控制儀通過與所述計算機及軟件系統(tǒng)通訊并將溫度傳感器實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與目標(biāo)值進行比較，并向所述電磁閥發(fā)出開關(guān)指令，安裝在冷卻管路上的電磁閥通過接受指令而調(diào)節(jié)所述制冷裝置輸出的冷卻液流量，從而達到控制溫度的目的。

所述軸向加載系統(tǒng)由加載油缸、轉(zhuǎn)換閥、伺服閥、伺服油源、絲桿增壓器、伺服電機、ⅱ型伺服控制器、ⅲ型伺服控制器組成；所述加載油缸為伺服油缸，除可用于流變試驗外也可采用伺服閥加載進行常規(guī)三軸試驗，所述轉(zhuǎn)換閥可在絲桿增壓器與伺服閥之間進行切換，當(dāng)使用常規(guī)三軸壓縮試驗時，通過轉(zhuǎn)換閥切換使得伺服閥與加載油缸連通，這種伺服閥加載方式對于巖石等脆性材料更合適；當(dāng)使用三軸流變試驗時，軸壓需要長時間穩(wěn)定，此時，轉(zhuǎn)換閥將絲桿增壓器與加載油缸連通，由于滾珠絲桿加載方式穩(wěn)定性較好，從而能夠給流變試驗中試樣軸向提供長時間的恒載。

所述圍壓加載系統(tǒng)由絲桿增壓器、伺服電機、低溫恒溫儲油箱、ⅰ型伺服控制器組成；所述低溫恒溫儲油箱用于給壓力室提供低溫航空硅油，絲桿增壓器與壓力室連通后由伺服電機驅(qū)動絲桿增壓器給壓力室內(nèi)硅油加壓，從而使試樣受到圍壓作用，所述伺服電機受ⅰ型伺服控制器、計算機及軟件系統(tǒng)、測量系統(tǒng)伺服閉環(huán)控制，最終實現(xiàn)三軸流變試驗和三軸壓縮試驗圍壓的加載、卸載和保載。

所述測量系統(tǒng)由負(fù)荷傳感器、圍壓傳感器、變形傳感器、軸向位移傳感器、傳感器信號處理模塊、數(shù)據(jù)采集器組成；所述控制系統(tǒng)由溫度控制儀、ⅰ型伺服控制器、ⅱ型伺服控制器、ⅲ型伺服控制器、ⅳ型伺服控制器組成。所述測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)均可以與計算機及軟件系統(tǒng)通訊，由計算機及軟件系統(tǒng)進行程控工作。

所述計算機及軟件系統(tǒng)通過軟件可對所述控制系統(tǒng)進行集中控制，在試驗過程中實現(xiàn)對力、變形、位移及其速度等進行高精度控制，同時自動記錄存儲試驗數(shù)據(jù)，實時顯示試驗狀態(tài)，能夠計算試驗結(jié)果并打印試驗報告，界面友好。

由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的動力擾動低溫巖石三軸加卸載流變儀，具有以下優(yōu)點：

1、使用功能強，操作方便，通過轉(zhuǎn)換閥可在增壓器與伺服閥之間切換，輕松實現(xiàn)巖石低溫三軸流變試驗和巖石低溫三軸壓縮試驗的轉(zhuǎn)換。

2、動力擾動組件擴展性強、設(shè)計巧妙，一方面利用簡易鏈輪和滾子鏈可實現(xiàn)砝碼從固定高度周期性自由下落沖擊；另一方面利用沖擊缸結(jié)合伺服控制系統(tǒng)實現(xiàn)指定沖擊速度、指定沖擊荷載的動力擾動。

3、測量精度高，采用傳感器處理模塊將變形傳感器和負(fù)荷傳感器實測動態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電壓輸出信號，并通過高采樣頻率的數(shù)據(jù)采集器采集，實現(xiàn)了對高頻率沖擊作用下試樣受到的動態(tài)負(fù)荷信號、動態(tài)變形信號準(zhǔn)確實時監(jiān)測。

4、溫度控制精度高，采用多點溫度傳感器并配置高精度溫度控制儀實現(xiàn)對測試試樣的溫度控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的組成系統(tǒng)框圖。

圖2為本發(fā)明的試驗機總結(jié)構(gòu)主視圖。

圖3為本發(fā)明的試驗機總結(jié)構(gòu)左視圖。

圖4為本發(fā)明的砝碼動力擾動組件俯視圖。

圖5為本發(fā)明的砝碼動力擾動組件1-1剖面圖。

圖6為本發(fā)明的砝碼動力擾動組件2-2剖面圖。

圖7為本發(fā)明的砝碼動力擾動組件局部詳圖。

圖8為本發(fā)明的沖擊砝碼示意圖。

圖9為本發(fā)明的沖擊缸動力擾動組件俯視圖。

圖10為本發(fā)明的沖擊缸動力擾動組件主視圖。

圖11為本發(fā)明的沖擊缸動力擾動組件3-3剖面圖。

圖12為本發(fā)明采用的三軸卸載流變應(yīng)力路徑示意圖。

圖13為本發(fā)明采用的三軸加載流變應(yīng)力路徑示意圖。

圖14為本發(fā)明擬測試得出的荷載-時間曲線示意圖。

圖中，1—動力擾動系統(tǒng)，1-1—右上大軸承座板、1-2—軸承蓋、1-3—連接板、1-4—提升鏈輪、1-5—下傳動軸、1-6—大錐齒輪、1-7—小錐齒輪、1-8—主傳動軸、1-9—左上大軸承座板、1-10—從動鏈輪、1-11—減速電機、1-12—主動鏈輪、1-13—輻輪式傳感器、1-14—加載板、1-15—沖擊承載桿、1-16—水平單排滾子鏈、1-17—左下大軸承座板、1-18—右下大軸承座板、1-19—上傳動軸、1-20—上蓋板、1-21—沖擊砝碼、1-21-1—固定孔、1-21-2——滾珠、1-22—豎向單排滾子鏈、1-23—撥片、1-24—沖擊承載桿、1-25—沖擊桿、1-26—沖擊缸、1-27—伺服閥、1-28—伺服油源；

2—機架，3—導(dǎo)軌，4—提升機構(gòu)，5—壓力室，6—小車；

7—溫度控制系統(tǒng)，7-1—制冷裝置、7-2—電磁閥、7-3—溫度傳感器、7-4—保溫罩、7-5—低溫恒溫儲油箱；

8—軸向加載系統(tǒng)，8-1—加載油缸、8-2—轉(zhuǎn)換閥、8-3—伺服閥、8-4—伺服油源、8-5—絲桿增壓器、8-6—伺服電機；

9—圍壓加載系統(tǒng)，9-1—絲桿增壓器、9-2—伺服電機；

10—測量系統(tǒng)，10-1—負(fù)荷傳感器、10-2—圍壓傳感器、10-3—變形傳感器、10-4—軸向位移傳感器、10-5—傳感器信號處理模塊、10-6—數(shù)據(jù)采集器；

11—控制系統(tǒng)，11-1溫度控制儀、11-2—ⅰ型伺服控制器、11-3—ⅱ型伺服控制器、11-4—ⅲ型伺服控制器、11-5—ⅳ型伺服控制器；

12—計算機及軟件系統(tǒng)；

13—試樣。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。

參照圖1～圖11，一種動力擾動低溫巖石三軸加卸載流變儀由動力擾動系統(tǒng)1、機架2、導(dǎo)軌3、提升機構(gòu)4、壓力室5、小車6、溫度控制系統(tǒng)7、軸向加載系統(tǒng)8、圍壓加載系統(tǒng)9、測量系統(tǒng)10、控制系統(tǒng)11和計算機及軟件系統(tǒng)12組成。

所述動力擾動系統(tǒng)1采用兩種實現(xiàn)方式，包括砝碼動力擾動系統(tǒng)和沖擊缸動力擾動系統(tǒng)。所述砝碼動力擾動系統(tǒng)包括右上大軸承座板1-1、軸承蓋1-2、連接板1-3、提升鏈輪1-4、下傳動軸1-5、大錐齒輪1-6、小錐齒輪1-7、主傳動軸1-8、左上大軸承座板1-9、從動鏈輪1-10、減速電機1-11、主動鏈輪1-12、輻輪式傳感器1-13、加載板1-14、沖擊承載桿1-15、水平單排滾子鏈1-16、左下大軸承座板1-17、右下大軸承座板1-18、上傳動軸1-19、上蓋板1-20、沖擊砝碼1-21、豎向單排滾子鏈1-22、撥片1-23；所述動力擾動系統(tǒng)1通過上大軸承座板1-1、左上大軸承座板1-9固定于機架2頂部，所述沖擊砝碼1-21屬具有厚度的圓環(huán)，套裝在所述沖擊承載桿1-15外側(cè)，沖擊砝碼1-21內(nèi)徑與所述沖擊承載桿1-15直徑相同，且沖擊砝碼1-21內(nèi)側(cè)布設(shè)滾珠1-21-2，以減小沖擊砝碼下落時的阻力，沖擊砝碼1-21上設(shè)有固定孔1-21-1，在砝碼組合時起連接固定作用；所述減速電機1-11帶動所述主動鏈輪1-12轉(zhuǎn)動，再通過水平單排滾子鏈1-16使得所述從動鏈輪1-10轉(zhuǎn)動，從而主傳動軸1-8隨之轉(zhuǎn)動，所述主傳動軸1-8一端設(shè)置小錐齒輪1-7與所述下傳動軸1-5左端設(shè)置的大錐齒輪1-6咬合轉(zhuǎn)動，使得設(shè)置在所述下傳動軸1-5中部的提升鏈輪1-4轉(zhuǎn)動，最后帶動豎向單排滾子鏈1-22產(chǎn)生勻速轉(zhuǎn)動，所述豎向單排滾子鏈1-22外部設(shè)有撥片1-23，實現(xiàn)對所述沖擊砝碼1-21的向上提升，當(dāng)沖擊砝碼1-21到達所述上傳動軸1-19位置時，撥片1-23隨豎向單排滾子鏈1-22下移，沖擊砝碼1-21沿著沖擊承載桿1-15發(fā)生自由落體運動，沖擊作用發(fā)生在所述沖擊承載桿中部平臺上，實現(xiàn)對輻輪式傳感器1-13、加載板1-14以及試樣13的沖擊作用，用于模擬爆破、機械振動荷載對三向受力狀態(tài)下凍結(jié)巖體產(chǎn)生的動力擾動作用。

所述沖擊缸動力擾動系統(tǒng)由輻輪式傳感器1-13、加載板1-14、沖擊承載桿1-24、沖擊桿1-25、沖擊缸1-26、伺服閥1-27、伺服油源1-28、ⅳ型伺服控制器11-5組成；所述沖擊缸1-26內(nèi)接沖擊桿1-25，所述ⅳ型伺服控制器11-5與計算機及軟件系統(tǒng)12通訊，根據(jù)試驗需要，控制伺服閥1-27和伺服油源1-28，利用液壓油在沖擊缸1-26中循環(huán)實現(xiàn)沖擊桿1-25與沖擊承載桿1-24相互沖擊作用，將形成的振動效應(yīng)傳遞給下部加載板1-14和輻輪式傳感器1-13，直至所述壓力室5內(nèi)的試樣13，達到模擬工程中凍結(jié)巖體所受的動力擾動作用。

所述機架2采用40mm厚的高強度結(jié)構(gòu)鋼焊接而成，剛度大、占地面積??；機架2頂部橫梁中部開設(shè)φ140mm的圓孔，以便安裝沖擊承載桿1-15。

所述溫度控制系統(tǒng)7由制冷裝置7-1、電磁閥7-2、溫度傳感器7-3、保溫罩7-4、低溫恒溫儲油箱7-5以及溫度控制儀11-1組成；所述低溫恒溫儲油箱7-5內(nèi)裝有低溫航空硅油，所述航空硅油是壓力室5降溫和控溫的冷媒介質(zhì)；壓力室5內(nèi)溫度由溫度傳感器7-3監(jiān)測并實時傳輸給溫度控制儀11-1，所述溫度控制儀11-1具有設(shè)置溫度、控溫、顯示的功能，也可以與計算機及軟件系統(tǒng)12交互實現(xiàn)設(shè)置溫度和顯示溫度，所述溫度控制儀11-1將溫度傳感器7-3實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與設(shè)置值進行比較，并向所述電磁閥7-2發(fā)出開關(guān)指令，安裝在冷卻管路上的電磁閥7-2通過接受指令而調(diào)節(jié)所述制冷裝置7-1輸出的冷卻液流量，從而達到控制溫度的目的；所述保溫罩7-4設(shè)置在壓力室5外側(cè)，使壓力室5內(nèi)溫度損失降到最低。

所述軸向加載系統(tǒng)8由加載油缸8-1、轉(zhuǎn)換閥8-2、伺服閥8-3、伺服油源8-4、絲桿增壓器8-5、伺服電機8-6、ⅱ型伺服控制器11-3、ⅲ型伺服控制器11-4組成；當(dāng)進行常規(guī)三軸壓縮試驗時，利用轉(zhuǎn)換閥8-2切換使得伺服油源8-4、伺服閥8-3與加載油缸8-1連通，由伺服油源8-4給加載油缸8-1提供動力，同時，伺服閥8-3接受ⅲ型伺服控制器11-4發(fā)出的指令，所述ⅲ型伺服控制器11-4通過與計算機及軟件系統(tǒng)12通訊，并實時處理測量系統(tǒng)10傳回的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對荷載大小、荷載速率以及位移速率的控制；當(dāng)進行三軸流變試驗時，轉(zhuǎn)換閥8-2將絲桿增壓器8-5與加載油缸8-1連通，由伺服電機8-6驅(qū)動絲桿增壓器8-5向加載油缸8-1內(nèi)提供壓力，所述伺服電機8-6受ⅱ型伺服控制器11-3控制，而ⅱ型伺服控制器11-3通過數(shù)據(jù)線與計算機及軟件系統(tǒng)12通訊，所述計算機及軟件系統(tǒng)12讀取測量系統(tǒng)10中負(fù)荷傳感器10-1、變形傳感器10-3、軸向位移傳感器10-4的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)后進行處理并再發(fā)送指令給ⅱ型伺服控制器11-3，最終實現(xiàn)軸向壓力的流變加載、卸載和保載。

所述圍壓加載系統(tǒng)9采用伺服圍壓加載裝置，由絲桿增壓器9-1、伺服電機9-2、低溫恒溫儲油箱7-5、ⅰ型伺服控制器11-2組成；為方便試驗，所述低溫恒溫儲油箱7-5用于給壓力室5內(nèi)提供低溫航空硅油，所述絲桿增壓器9-1與壓力室5連通，由伺服電機9-2驅(qū)動絲桿增壓器9-1向充滿航空硅油的壓力室5提供油壓，所述伺服電機9-2受ⅰ型伺服控制器11-2控制，而ⅰ型伺服控制器11-2通過數(shù)據(jù)線與計算機及軟件系統(tǒng)12通訊，所述計算機及軟件系統(tǒng)12讀取測量系統(tǒng)10中圍壓傳感器10-2的實時數(shù)據(jù)后進行處理并再發(fā)送指令給ⅰ型伺服控制器11-2，達到加載調(diào)節(jié)伺服閉環(huán)控制，最終實現(xiàn)三軸流變試驗和三軸壓縮試驗圍壓的加載、卸載和保載。

所述測量系統(tǒng)10由負(fù)荷傳感器10-1、圍壓傳感器10-2、變形傳感器10-3、軸向位移傳感器10-4、傳感器信號處理模塊10-5、數(shù)據(jù)采集器10-6組成；所述負(fù)荷傳感器10-1、圍壓傳感器10-2、變形傳感器10-3均能夠在低溫條件下工作，且靈敏度極高；為了能夠?qū)⒃嚇?3動態(tài)變形數(shù)據(jù)、載荷數(shù)據(jù)精確測量，利用所述傳感器信號處理模塊10-5將負(fù)荷傳感器10-1、圍壓傳感器10-2以及變形傳感器10-3轉(zhuǎn)換成-10～10v的電壓輸出信號，這樣可以通過高采樣頻率的數(shù)據(jù)采集器10-6進行采集。

所述控制系統(tǒng)11由溫度控制儀11-1、圍壓加載系統(tǒng)9中的ⅰ型伺服控制器11-2、軸向加載系統(tǒng)8中的ⅱ型伺服控制器11-3和ⅲ型伺服控制器11-4、動力擾動系統(tǒng)1中的ⅳ型伺服控制器11-5組成；這些控制器可以統(tǒng)一集成在控制柜內(nèi)，便于操作。

所述計算機及軟件系統(tǒng)12可對所述控制柜內(nèi)的軸向加載系統(tǒng)8、圍壓加載系統(tǒng)9、溫度控制系統(tǒng)進行集中控制，在試驗過程中可對力、變形、位移及其速度等進行實時控制，同時自動記錄存儲試驗數(shù)據(jù)，軟件能夠?qū)崟r顯示試驗狀態(tài)、計算試驗結(jié)果并打印試驗報告；所述軟件界面上設(shè)置有動態(tài)采集選項卡，如開始作用擾動荷載，需提前選擇采樣頻率，并點擊高頻采集按鈕，擾動結(jié)束后停止高頻采集，系統(tǒng)自動開啟常規(guī)數(shù)據(jù)記錄模式。

實施例一：

應(yīng)用上述動力擾動低溫巖石三軸加卸載流變儀進行動力擾動巖石三軸卸載流變試驗的步驟為：

步驟1，確定試驗方案；假定試驗溫度-10℃、初始圍壓為σ3＝12mpa、軸壓σ1＝60mpa，采用砝碼動力擾動系統(tǒng)(沖擊速度恒定)，擾動荷載由重10kg的沖擊砝碼1-21、自由下落距離為300mm、調(diào)節(jié)減速電機1-11使砝碼沖擊頻率為10次/min，卸載應(yīng)力路徑為軸壓不變，圍壓逐級卸載，且圍壓分級卸載水平為3mpa，如圖12所示。

步驟2，試樣準(zhǔn)備；取加工好的φ50×100mm的圓柱形巖石試樣13，充分飽水后放入-10℃低溫恒溫箱中冷藏7d，試驗前，將乳膠薄膜套在試樣13上，在試樣13上下兩端加上剛性墊塊，并安裝好變形傳感器10-3，放入所述-10℃低溫恒溫箱備用。

步驟3，壓力室5預(yù)冷；開啟制冷裝置7-1，開啟低溫恒溫儲油箱7-5，當(dāng)顯示冷卻液溫度下降至-20℃，低溫恒溫儲油箱7-5油溫達到-10℃時，由低溫恒溫儲油箱7-5向壓力室5內(nèi)充低溫航空硅油，同時啟用溫度控制系統(tǒng)7，在溫度控制儀11-1或者計算機及軟件系統(tǒng)12中溫度控制面板上設(shè)置目標(biāo)溫度-10℃，溫度控制儀11-1通過比較壓力室5內(nèi)溫度傳感器7-3傳回的數(shù)據(jù)，輸出電信號給電磁閥7-2，由于充油過程有溫度耗散，實時溫度小于目標(biāo)值，電磁閥7-2自動打開，使得制冷裝置內(nèi)的冷卻液體開始在壓力室5內(nèi)循環(huán)，直到壓力室5內(nèi)溫度傳感器7-3傳回溫度控制儀11-1的數(shù)據(jù)接近目標(biāo)值，電磁閥7-2開始節(jié)流，達到目標(biāo)溫度后電磁閥7-2自動關(guān)閉，壓力室5預(yù)冷完畢。

步驟4，試樣安裝；將壓力室5內(nèi)達到指定溫度的航空硅油抽回低溫恒溫儲油箱7-5中，推出壓力室5，打開保溫罩7-4，采用提升機構(gòu)4將壓力室5筒體提升后安裝準(zhǔn)備好的試樣13，試樣13安裝完畢下落壓力室5筒體，并復(fù)位。

步驟5，對壓力室5第二次降溫；重復(fù)步驟1降溫工作，直至壓力室5內(nèi)以及試樣13溫度達到指定溫度-10℃。

步驟6，動力擾動作用下低溫巖石三軸卸載流變試驗；啟動軸壓加載系統(tǒng)8、圍壓加載系統(tǒng)9，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換閥8-2將絲桿增壓器8-5與加載油缸8-1連通，檢查壓力室5與低溫恒溫儲油箱7-5連接通道閥門、壓力室5排氣孔閥門關(guān)閉，打開圍壓加載系統(tǒng)9與壓力室5連接通道閥門，按照靜水壓力加載方式給試樣13提供軸壓和圍壓，同時確認(rèn)計算機及軟件系統(tǒng)12進入常規(guī)數(shù)據(jù)記錄模式，當(dāng)圍壓達到目標(biāo)值后保持不變繼續(xù)增加軸壓，直到軸壓達到60mpa，按照步驟1所述應(yīng)力路徑，保持軸壓σ1＝60mpa不變，對初始圍壓σ3＝12mpa分級卸載，每級圍壓水平下設(shè)置兩次擾動，每次進行1min的持續(xù)擾動(10次沖擊)，動力擾動期間開啟高頻采集模式，保證高頻變形、荷載信號準(zhǔn)確記錄，動力擾動結(jié)束停止高頻采集模式，系統(tǒng)自動切換至常規(guī)數(shù)據(jù)記錄模式，不斷進行分級卸載、間隔擾動直到試樣13破裂，停止任何加載，保存數(shù)據(jù)。

步驟7，卸載并取出試樣；卸除軸、圍壓后關(guān)閉圍壓加載系統(tǒng)9與壓力室5連接通道閥門，打開壓力室5與低溫恒溫儲油箱7-5連接通道閥門、壓力室5排氣孔閥門，重復(fù)步驟4中回油過程，打開壓力室5，取出試樣13并拆除變形傳感器10-3，試驗完畢。

實施例二：

應(yīng)用上述動力擾動低溫巖石三軸加卸載流變儀進行巖石動力擾動低溫三軸加載流變試驗的步驟為：

步驟1，確定試驗方案；假定試驗溫度-10℃、試驗圍壓為σ3＝8mpa，初始軸壓σ1＝40mpa，采用沖擊缸動力擾動系統(tǒng)(沖擊桿質(zhì)量恒定)，動力擾動速度由軟件設(shè)置為10m/s，沖擊頻率設(shè)置為0.1hz，加載應(yīng)力路徑為圍壓不變，軸壓逐級增加，且軸壓分級加載水平為5mpa，如圖13所示。

步驟2～5與所述實施例一中步驟2～5相同。

步驟6，動力擾動作用下低溫巖石三軸加載流變試驗；啟動沖擊缸動力擾動系統(tǒng)1、軸壓加載系統(tǒng)8、圍壓加載系統(tǒng)9，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換閥8-2將絲桿增壓器8-5與加載油缸8-1連通，檢查壓力室5與低溫恒溫儲油箱7-5連接通道閥門、壓力室5排氣孔閥門關(guān)閉，打開圍壓加載系統(tǒng)9與壓力室5連接通道閥門，按照靜水壓力加載方式給試樣13提供軸壓和圍壓，同時確認(rèn)計算機及軟件系統(tǒng)12進入常規(guī)數(shù)據(jù)記錄模式，當(dāng)圍壓達到目標(biāo)值σ3＝8mpa后保持不變，設(shè)置軸向加載速率值及目標(biāo)荷載，使得軸壓增至目標(biāo)值σ1＝40mpa并保持穩(wěn)定，作為第一級荷載水平，此后按照圖13對軸壓進行分級加載，每級軸壓水平下設(shè)置兩次擾動，每次進行1min的動力擾動(6次沖擊)，擾動期間開啟高頻采集模式，保證高頻變形、荷載信號準(zhǔn)確記錄，動力擾動結(jié)束停止高頻采集模式，系統(tǒng)自動切換至常規(guī)數(shù)據(jù)記錄模式，不斷進行分級卸載、間隔擾動直到試樣13破裂，停止任何加載，保存數(shù)據(jù)。

步驟7與所述實施例一中步驟7相同。

實施例三：

應(yīng)用上述動力擾動低溫巖石三軸加卸載流變儀進行巖石動力擾動低溫三軸壓縮試驗的步驟為：

步驟1，確定試驗方案；假定試驗溫度-10℃、試驗圍壓為σ3＝8mpa，采用砝碼動力擾動系統(tǒng)(沖擊速度恒定)，擾動荷載由重10kg的沖擊砝碼1-21、自由下落距離為300mm、調(diào)節(jié)減速電機1-11使砝碼沖擊頻率為10次/min。

步驟2～5與所述實施例一中步驟2～5相同。

步驟6，動力擾動作用下低溫巖石三軸壓縮試驗；啟動軸壓加載系統(tǒng)8、圍壓加載系統(tǒng)9，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換閥8-2使得伺服閥8-3與加載油缸8-1連通，此時，軸向加載系統(tǒng)8變?yōu)槠胀娨核欧虞d模式，確認(rèn)計算機及軟件系統(tǒng)12進入常規(guī)數(shù)據(jù)記錄模式后按照靜水壓力加載方式給試樣13提供軸壓和圍壓，當(dāng)圍壓達到目標(biāo)值σ3＝8mpa后保持不變，設(shè)置軸向位移加載速率值以及目標(biāo)位移值，然后開始軸向位移加載，加載過程中分別在如圖14所示a、b、c三個時間節(jié)點處進行1min的持續(xù)擾動(10次沖擊)，動力擾動期間開啟高頻采集模式，保證高頻率變形、荷載信號準(zhǔn)確記錄，動力擾動結(jié)束停止高頻采集模式，系統(tǒng)自動切換至常規(guī)數(shù)據(jù)記錄模式，直到試樣13破壞，停止任何加載，保存數(shù)據(jù)。

步驟7與所述實施例一中步驟7相同。

以上所述，僅是本發(fā)明的三種較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。