CN110132762A - 高压伺服真三轴岩爆实验设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩爆实验装置技术领域，提出一种高压伺服真三轴岩爆实验设备，该装置包括第一到第六加载机构。第一加载机构用于沿第一方向向待实验岩石施加载荷；第二加载机构用于沿第二方向向待实验岩石施加载荷，第二方向与第一方向反向；第三加载机构用于沿第三方向向待实验岩石施加载荷，第三方向与第一方向垂直；第四加载机构用于沿第四方向向待实验岩石施加载荷，第四方向与第三方向反向；第五加载机构用于沿第五方向向待实验岩石施加载荷，第五方向与第一方向、第三方向垂直；第六加载机构用于沿第六方向向待实验岩石施加载荷，第六方向与第五方向反向。本设备的六个加载机构都可以单独控制，从而实现岩石在不同方向的单独加载。

Description

高压伺服真三轴岩爆实验设备

技术领域

本发明涉及岩爆实验装置技术领域，尤其涉及一种高压伺服真三轴岩爆实验设备。

背景技术

岩爆是深部地下工程面临的重大灾害之一，关于岩爆的问题越来越受到研究者们的重视，国内外学者进行了大量的岩爆实验以及岩爆实验设备的开发。为了更加真实的再现地下工程岩爆现象以此对现场岩爆预警提供实验基础，需要开发可以满足真实地应力状态以及开挖导致的应力转换的高压伺服岩爆设备。

目前的岩爆实验装置只能进行在静荷载或动荷载作用下单面卸荷岩爆实验，而关于模拟在静荷载或动荷载作用下硐壁岩爆(单面卸载)、交叉点岩爆(双面卸载)、工作面岩爆(三面卸载)以及岩柱岩爆(四面卸载)等类型的岩爆的实验还不能进行。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压伺服真三轴岩爆实验设备，该高压伺服真三轴岩爆实验设备解决了相关技术中岩爆实验装置不能模拟在静荷载或动荷载作用下硐壁岩爆(单面卸载)、交叉点岩爆(双面卸载)、工作面岩爆(三面卸载)以及岩柱岩爆(四面卸载)的技术问题。

本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

根据本公开的一方面，提供一种高压伺服真三轴岩爆实验设备，该高压伺服真三轴岩爆实验设备包括：第一加载机构、第二加载机构、第三加载机构、第四加载机构、第五加载机构以及第六加载机构。第一加载机构用于沿第一方向向待实验岩石施加载荷；第二加载机构用于沿第二方向向待实验岩石施加载荷，所述第二方向与所述第一方向反向；第三加载机构用于沿第三方向向待实验岩石施加载荷，所述第三方向与所述第一方向垂直；第四加载机构用于沿第四方向向待实验岩石施加载荷，所述第四方向与所述第三方向反向；第五加载机构用于沿第五方向向待实验岩石施加载荷，所述第五方向与所述第一方向、第三方向垂直；第六加载机构用于沿第六方向向待实验岩石施加载荷，所述第六方向与所述第五方向反向。

在本公开的一种示例性实施例中，所述高压伺服真三轴岩爆实验设备还包括机架，所述机架包括：底座、滑动框架、固定框架。滑动框架沿所述第一方向和所述第二方向滑动设置于所述底座上，用于支撑所述第一加载机构和所述第二加载机构；固定框架固定设置于所述底座上，用于支撑所述第三加载机构、所述第四加载机构、所述第五加载机构以及所述第六加载机构。

在本公开的一种示例性实施例中，所述高压伺服真三轴岩爆实验设备还包括用于承载所述待实验岩石的承载台，所述承载台滑动设置于所述底座上。

在本公开的一种示例性实施例中，所述高压伺服真三轴岩爆实验设备还包括夹具，夹具固定设置于所述承载台上，具有夹持所述待实验岩石的容纳空间；其中，所述夹具上开设有连通所述容纳空间的螺纹孔，所述夹具还包括匹配所述螺纹孔设置的螺栓，所述螺栓的螺纹端设置有弹性件。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一加载机构包括：第一伸缩式双作用缸、第一压板、第一摆臂、第一摆臂油缸、第一载荷传感器、第一位移传感器。第一伸缩式双作用缸的缸体端与所述滑动框架固定连接；第一压板的第一端通过一球头与所述第一伸缩式双作用缸的活塞端万向连接；第一摆臂的第一端与所述第一压板的第二端在所述第五方向、所述第六方向滑动连接，第二端用于向所述待实验岩石施加载荷；第一摆臂油缸用于驱动所述第一摆臂沿所述第五方向和所述第六方向移动；第一载荷传感器设置于所述第一伸缩式双作用缸的活塞端，用于检测向所述待实验岩石的载荷；第一位移传感器设置于所述第一伸缩式双作用缸的活塞端用于检测所述第一伸缩式双作用缸活塞端的位移；其中，所述第一摆臂的第一端与第二端可伸缩连接，且所述第一摆臂的两端之间套接有弹簧。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第二加载机构包括：第二伸缩式双作用缸、第二压板、第二摆臂、第二摆臂油缸、第二载荷传感器、第二位移传感器。第二伸缩式双作用缸的缸体端与所述滑动框架固定连接；第二压板的第一端通过一球头与所述第二伸缩式双作用缸的活塞端万向连接；第二摆臂的第一端与所述第二压板的第二端在所述第五方向、所述第六方向滑动连接，第二端用于向所述待实验岩石施加载荷；第二摆臂油缸用于驱动所述第二摆臂沿所述第五方向和所述第六方向移动；第二载荷传感器设置于所述第二伸缩式双作用缸的活塞端，用于检测向所述待实验岩石的载荷；第二位移传感器设置于所述第二伸缩式双作用缸的活塞端用于检测所述第二伸缩式双作用缸活塞端的位移；其中，所述第二摆臂的第一端与第二端可伸缩连接，且所述第二摆臂的两端之间套接有弹簧。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第三加载机构包括：第三伸缩式双作用缸、第三压板、第三摆臂、第三摆臂油缸、第三载荷传感器、第三位移传感器、第三扰动油缸、第三扰动压板。第三伸缩式双作用缸的缸体端与所述固定框架固定连接；第三压板的第一端通过一球头与所述第三伸缩式双作用缸的活塞端万向连接；第三摆臂的第一端与所述第三压板的第二端在所述第五方向、所述第六方向滑动连接，第二端用于向所述待实验岩石施加载荷；第三摆臂油缸用于驱动所述第三摆臂沿所述第五方向和所述第六方向移动；第三载荷传感器设置于所述第三伸缩式双作用缸的活塞端，用于检测向所述待实验岩石的载荷；第三位移传感器设置于所述第三伸缩式双作用缸的活塞端用于检测所述第三伸缩式双作用缸活塞端的位移；第三扰动压板的第一端与所述第三摆臂的第一端固定连接；第三扰动油缸的缸体端与所述固定框架固定连接，活塞端与所述第三扰动压板的第二端相对设置；其中，所述第三摆臂的第一端与第二端可伸缩连接，且所述第三摆臂的两端之间套接有弹簧。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第四加载机构包括：第四伸缩式双作用缸、第四压板、第四摆臂、第四摆臂油缸、第四载荷传感器、第四位移传感器。第四伸缩式双作用缸的缸体端与所述固定框架固定连接；第四压板的第一端通过一球头与所述第四伸缩式双作用缸的活塞端万向连接；第四摆臂的第一端与所述第四压板的第二端在所述第五方向、所述第六方向滑动连接，第二端用于向所述待实验岩石施加载荷；第四摆臂油缸用于驱动所述第四摆臂沿所述第五方向和所述第六方向移动；第四载荷传感器设置于所述第四伸缩式双作用缸的活塞端，用于检测向所述待实验岩石的载荷；第四位移传感器设置于所述第四伸缩式双作用缸的活塞端用于检测所述第四伸缩式双作用缸活塞端的位移；其中，所述第四摆臂的第一端与第二端可伸缩连接，且所述第四摆臂的两端之间套接有弹簧。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第五加载机构包括：第五伸缩式双作用缸、第五压板、第五传力杆、第五载荷传感器、第五位移传感器。第五伸缩式双作用缸的缸体端与所述固定框架固定连接；第五压板的第一端通过一球头与所述第五伸缩式双作用缸的活塞端万向连接；第五传力杆的第一端与所述第五压板的第二端连接，第二端用于向所述待实验岩石施加载荷；第五载荷传感器设置于所述第五伸缩式双作用缸的活塞端，用于检测向所述待实验岩石的载荷；第五位移传感器设置于所述第五伸缩式双作用缸的活塞端用于检测所述第五伸缩式双作用缸活塞端的位移。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第六加载机构包括：第六伸缩式双作用缸、第六压板、第六传力杆、第六载荷传感器、第六位移传感器、第六扰动压板、第六扰动油缸。第六伸缩式双作用缸的缸体端与所述固定框架固定连接；第六压板的第一端通过一球头与所述第六伸缩式双作用缸的活塞端万向连接；第六传力杆的第一端与所述第六压板的第二端连接，第二端用于向所述待实验岩石施加载荷；第六载荷传感器设置于所述第六伸缩式双作用缸的活塞端，用于测量向所述待实验岩石的载荷；第六位移传感器设置于所述第六伸缩式双作用缸的活塞端用于检测所述第六伸缩式双作用缸活塞端的位移；第六扰动压板的第一端与所述第六传力杆的第一端固定连接；第六扰动油缸的缸体端与所述固定框架固定连接，活塞端与所述第六扰动压板的第二端相对设置。

在本公开的一种示例性实施例中，滑动框架包括：第一滑动框、第二滑动框以及至少一个加强杆。第一滑动框沿所述第一方向和所述第二方向滑动设置于所述底座上，与所述第一伸缩式双作用缸的缸体端固定连接；第二滑动框沿所述第一方向和所述第二方向滑动设置于所述底座上，与所述第二伸缩式双作用缸的缸体端固定连接；至少一个加强杆设置于所述第一滑动架与所述第二滑动架之间。

本公开提出一种高压伺服真三轴岩爆实验设备，该装置包括第一到第六加载机构。第一加载机构用于沿第一方向向待实验岩石施加载荷；第二加载机构用于沿第二方向向待实验岩石施加载荷，第二方向与第一方向反向；第三加载机构用于沿第三方向向待实验岩石施加载荷，第三方向与第一方向垂直；第四加载机构用于沿第四方向向待实验岩石施加载荷，第四方向与第三方向反向；第五加载机构用于沿第五方向向待实验岩石施加载荷，第五方向与第一方向、第三方向垂直；第六加载机构用于沿第六方向向待实验岩石施加载荷，第六方向与第五方向反向。一方面，本公开提供的岩爆实验装置可以通过单独控制不同的加载机构实现待实验岩石的多面卸载实验。另一方面，该装置结构简单、成本较低。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开高压伺服真三轴岩爆实验设备一种示例性实施例的结构示意图；

图2为图1中A-A方向的剖面图；

图3为图1中B-B方向的剖面图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“高”“低”“顶”“底”“左”“右”等也作具有类似含义。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

本示例性实施例首先提供一种高压伺服真三轴岩爆实验设备，如图1、2、3所示，图1为本公开高压伺服真三轴岩爆实验设备一种示例性实施例的结构示意图；图2为图1中A-A方向的剖面图；图3为图1中B-B方向的剖面图。该高压伺服真三轴岩爆实验设备包括：第一加载机构、第二加载机构、第三加载机构、第四加载机构、第五加载机构以及第六加载机构。第一加载机构用于沿第一方向X向待实验岩石0施加载荷；第二加载机构用于沿第二方向向待实验岩石0施加载荷，所述第二方向与所述第一方向X反向；第三加载机构用于沿第三方向Y向待实验岩石施加载荷，所述第三方向Y与所述第一方向X垂直；第四加载机构用于沿第四方向向待实验岩石施加载荷，所述第四方向与所述第三方向Y反向；第五加载机构用于沿第五方向Z向待实验岩石施加载荷，所述第五方向Z与所述第一方向X、第三方向Y垂直；第六加载机构用于沿第六方向向待实验岩石施加载荷，所述第六方向与所述第五方向Z反向。

本公开提出一种高压伺服真三轴岩爆实验设备，该装置包括第一到第六加载机构。第一加载机构用于沿第一方向X向待实验岩石施加载荷；第二加载机构用于沿第二方向向待实验岩石施加载荷，第二方向与第一方向X反向；第三加载机构用于沿第三方向Y向待实验岩石施加载荷，第三方向Y与第一方向X垂直；第四加载机构用于沿第四方向向待实验岩石施加载荷，第四方向与第三方向Y反向；第五加载机构用于沿第五方向Z向待实验岩石施加载荷，第五方向Z与第一方向X、第三方向Y垂直；第六加载机构用于沿第六方向向待实验岩石施加载荷，第六方向与第五方向Z反向。一方面，本公开提供的岩爆实验装置可以通过单独控制不同的加载机构实现待实验岩石的多面卸载实验。另一方面，该装置结构简单、成本较低。

本示例性实施例中，所述高压伺服真三轴岩爆实验设备还包括机架7，所述机架7包括：底座71、滑动框架72、固定框架73。滑动框架72沿所述第一方向X和所述第二方向滑动设置于所述底座71上，用于支撑所述第一加载机构和所述第二加载机构；固定框架73固定设置于所述底座71上，用于支撑所述第三加载机构、所述第四加载机构、所述第五加载机构以及所述第六加载机构。

本示例性实施例中，滑动框架可以包括：第一滑动框721、第二滑动框722以及至少一个加强杆723。第一滑动框721沿所述第一方向X和所述第二方向滑动设置于所述底座71上；第二滑动框722沿所述第一方向X和所述第二方向滑动设置于所述底座71上。加强杆723可以增加滑动框架整体刚度。此外，固定框架73也可以采用高刚度框架。从而使得该高压伺服真三轴岩爆实验设备可以实现对待实验岩石的高压载荷实验。具体的，机架的刚度可以为10GN/m。

本示例性实施例中，所述高压伺服真三轴岩爆实验设备还包括用于承载所述待实验岩石0的承载台8，所述承载台8滑动设置于所述底座71上，以方便待实验岩石的装卸。此外，所述承载台8滑动设置于所述底座71上还可以利用作用力与反作用力原理，实现待实验岩石在第一方向和第二方向上的加载力大小相等。

具体的，底座71上可以设置滑槽，承载台8底部可以设置于所述滑槽匹配设置的滑尺，从而实现承载台8与底座71的滑动连接。

本示例性实施例中，所述高压伺服真三轴岩爆实验设备还包括夹具，夹具固定设置于所述承载台上，具有夹持所述待实验岩石的容纳空间；其中，所述夹具上开设有连通所述容纳空间的螺纹孔，所述夹具还包括匹配所述螺纹孔设置的螺栓，所述螺栓的螺纹端设置有弹性件。

本示例性实施例中，所述第一加载机构可以包括：第一伸缩式双作用缸11、第一压板12、第一摆臂13、第一摆臂油缸14、第一载荷传感器15、第一位移传感器16。第一伸缩式双作用缸11的缸体端与所述第一滑动框721固定连接；第一压板12的第一端通过一球头17与所述第一伸缩式双作用缸11的活塞端万向连接；第一摆臂13的第一端与所述第一压板12的第二端在所述第五方向Z、所述第六方向滑动连接，第二端用于向所述待实验岩石0施加载荷；第一摆臂油缸14用于驱动所述第一摆臂13沿所述第五方向Z和所述第六方向移动；第一载荷传感器15设置于所述第一伸缩式双作用缸11的活塞端，用于测量向所述待实验岩石的载荷；第一位移传感器16设置于所述第一伸缩式双作用缸11的活塞端用于检测所述第一伸缩式双作用缸活塞端的位移；其中，所述第一摆臂的第一端与第二端可伸缩连接，且所述第一摆臂的两端之间套接有弹簧18。

本示例性实施例中，第一伸缩式双作用缸11可以对其活塞端产生向第一方向或第二方向的作用力，该实验装置可以通过一伺服电磁阀对第一伸缩式双作用缸11反向供油，以使第一伸缩式双作用缸11的活塞端向第二方向快速移动，从而实现第一加载机构对待实验岩石的快速卸载。此外，当第一伸缩式双作用缸11对待实验岩石具有沿第一方向的作用力时，第一摆臂13收缩，套接在第一摆臂外侧的弹簧18处于压缩状态，当第一伸缩式双作用缸11通过一伺服电磁阀对其反向供油时，该弹簧18可以作用于第一伸缩式双作用缸11的活塞端，从而进一步加快第一加载机构对待实验岩石的卸载速度。第一压板12的第一端通过一球头17与所述第一伸缩式双作用缸11的活塞端万向连接，可以使得第一伸缩式双作用缸11作用于第一摆臂的力可以自动调整，从而使得第一伸缩式双作用缸11沿第一方向向第一摆臂施加作用力。第一摆臂油缸14能够驱动所述第一摆臂13沿所述第五方向Z和所述第六方向移动，从而实现第一摆臂13在第五方向Z和所述第六方向上调整，以方便调整对待实验岩石的施加力的位置，此外，第一摆臂油缸14可以在第一加载机构卸载时，通过调整第一摆臂13与待实验岩石的相对位置关系进一步实现第一加载机构的瞬间卸载。其中，第一摆臂油缸14可以为伸缩式双作用油缸也可以包括相对设置的两个单作用式油缸组成。

本示例性实施例中，第一载荷传感器15可以实时采集第一伸缩式双作用缸11向待实验岩石0施加的应力。第一位移传感器16可以实时采集待实验岩石0在上述应力作用下的应变。第一载荷传感器15和第一位移传感器16采集的应力和应变数据可以传输到一控制***，该控制***可以对第一加载机构实现闭环控制。例如，该控制***可以通过上述的伺服电磁阀实现对第一加载机构施加压力的控制。

本示例性实施例中，所述第二加载机构可以包括：第二伸缩式双作用缸21、第二压板22、第二摆臂23、第二摆臂油缸24、第二载荷传感器25、第二位移传感器26。第二伸缩式双作用缸21的缸体端与所述第二滑动框722固定连接；第二压板22的第一端通过一球头27与所述第二伸缩式双作用缸21的活塞端万向连接；第二摆臂23的第一端与所述第二压板22的第二端在所述第五方向Z、所述第六方向滑动连接，第二端用于向所述待实验岩石0施加载荷；第二摆臂油缸24用于驱动所述第二摆臂23沿所述第五方向Z和所述第六方向移动；第二载荷传感器25设置于所述第二伸缩式双作用缸21的活塞端，用于检测向所述待实验岩石的载荷；第二位移传感器设置于所述第二伸缩式双作用缸的活塞端用于检测所述第二伸缩式双作用缸活塞端的位移；其中，所述第二摆臂的第一端与第二端可伸缩连接，且所述第二摆臂的两端之间套接有弹簧28。

本示例性实施例中，第二伸缩式双作用缸21可以对其活塞端产生向第一方向或第二方向的作用力，该实验装置可以通过一伺服电磁阀对第二伸缩式双作用缸21反向供油，以使第二伸缩式双作用缸21的活塞端向第一方向快速移动，从而实现第二加载机构对待实验岩石的快速卸载。此外，当第二伸缩式双作用缸21对待实验岩石具有沿第二方向的作用力时，第二摆臂23收缩，套接在第二摆臂外侧的弹簧28处于压缩状态，当第二伸缩式双作用缸21通过一伺服电磁阀对其反向供油时，该弹簧28可以作用于第二伸缩式双作用缸21的活塞端，从而进一步加快第二加载机构对待实验岩石的卸载速度。第二压板22的第一端通过一球头27与所述第二伸缩式双作用缸21的活塞端万向连接，可以使得第二伸缩式双作用缸21作用于第二摆臂的力可以自动调整，从而使得第二伸缩式双作用缸21沿第二方向向第二摆臂施加作用力。第二摆臂油缸24能够驱动所述第二摆臂23沿所述第五方向Z和所述第六方向移动，从而实现第二摆臂23在第五方向Z和所述第六方向上调整，以方便调整对待实验岩石的施加力的位置。其中，第二摆臂油缸24的缸体端可以设置于机架上，活塞端与第二摆臂连接。此外，第二摆臂油缸可以在第二加载机构卸载时，通过调整第二摆臂与待实验岩石的相对位置关系进一步实现第二加载机构的瞬间卸载。

本示例性实施例中，第二载荷传感器25可以实时采集第二伸缩式双作用缸21向待实验岩石0施加的应力。第二位移传感器26可以实时采集待实验岩石0在上述应力作用下的应变。第二载荷传感器25和第二位移传感器26采集的应力和应变数据可以传输到上述控制***，该控制***可以对第二加载机构实现闭环控制。例如，该控制***可以通过一伺服电磁阀实现对第二加载机构施加压力的控制。

本示例性实施例中，所述第三加载机构可以包括：第三伸缩式双作用缸31、第三压板32、第三摆臂33、第三摆臂油缸34、第三载荷传感器35、第三位移传感器36、第三扰动油缸37、第三扰动压板38。第三伸缩式双作用缸31的缸体端与所述固定框架固定连接；第三压板32的第一端通过一球头39与所述第三伸缩式双作用缸31的活塞端万向连接；第三摆臂33的第一端与所述第三压板的第二端在所述第五方向Z、所述第六方向滑动连接，第二端用于向所述待实验岩石0施加载荷；第三摆臂油缸34用于驱动所述第三摆臂沿所述第五方向Z和所述第六方向移动；第三载荷传感器35设置于所述第三伸缩式双作用缸的活塞端，用于检测向所述待实验岩石的载荷；第三位移传感器36设置于所述第三伸缩式双作用缸的活塞端用于检测所述第三伸缩式双作用缸活塞端的位移；第三扰动压板38的第一端与所述第三摆臂的第一端固定连接；第三扰动油缸的缸体端与所述固定框架固定连接，活塞端与所述第三扰动压板的第二端相对设置；其中，所述第三摆臂的第一端与第二端可伸缩连接，且所述第三摆臂的两端之间套接有弹簧310。

本示例性实施例中，第三伸缩式双作用缸31可以对其活塞端产生向第三方向或第四方向的作用力，该实验装置可以通过一伺服电磁阀对第三伸缩式双作用缸31反向供油，以使第三伸缩式双作用缸31的活塞端向第四方向快速移动，从而实现第三加载机构对待实验岩石的快速卸载。此外，当第三伸缩式双作用缸31对待实验岩石具有沿第三方向的作用力时，第三摆臂33收缩，套接在第三摆臂外侧的弹簧310处于压缩状态，当第三伸缩式双作用缸31通过一伺服电磁阀对其反向供油时，该弹簧310可以作用于第三伸缩式双作用缸31的活塞端，从而进一步加快第三加载机构对待实验岩石的卸载速度。第三压板32的第一端通过一球头39与所述第三伸缩式双作用缸31的活塞端万向连接，可以使得第三伸缩式双作用缸31作用于第三摆臂33的力可以自动调整，从而使得第三伸缩式双作用缸31沿第三方向向第三摆臂施加作用力。第三摆臂油缸34能够驱动所述第三摆臂33沿所述第五方向Z和所述第六方向移动，从而实现第三摆臂33在第五方向Z和所述第六方向上调整，以方便调整对待实验岩石的施加力的位置。其中，第三摆臂油缸34的缸体端可以设置于机架上，活塞端与第三摆臂连接。此外，第三摆臂油缸可以在第三加载机构卸载时，通过调整第三摆臂与待实验岩石的相对位置关系进一步实现第三加载机构的瞬间卸载。

本示例性实施例中，第三载荷传感器35可以实时采集第三伸缩式双作用缸31向待实验岩石0施加的应力。第三位移传感器36可以实时采集待实验岩石0在上述应力作用下的应变。第三载荷传感器35和第三位移传感器36采集的应力和应变数据可以传输到上述控制***，该控制***可以对第三加载机构实现闭环控制。例如，该控制***可以通过一伺服电磁阀实现对第三加载机构施加压力的控制。

本示例性示例性中，第三伸缩式双作用缸31可以设置沿其轴向的开孔，第三扰动油缸37可以设置于所述通孔中。在第三伸缩式双作用缸31向待实验岩石施加载荷的同时，第三扰动油缸37可以通过第三扰动压板38向待实验岩石施加扰动载荷，从而可以模拟岩体在动载荷作用下诱发岩爆的实验。其中，第三扰动压板38可以通过一传力杆311与第三摆臂的第一端固定连接。

本示例性实施例中，所述第四加载机构可以包括：第四伸缩式双作用缸41、第四压板42、第四摆臂43、第四摆臂油缸44、第四载荷传感器45、第四位移传感器46。第四伸缩式双作用缸的缸体端与所述固定框架固定连接；第四压板的第一端通过一球头47与所述第四伸缩式双作用缸的活塞端万向连接；第四摆臂的第一端与所述第四压板的第二端在所述第五方向Z、所述第六方向滑动连接，第二端用于向所述待实验岩石施加载荷；第四摆臂油缸用于驱动所述第四摆臂沿所述第五方向Z和所述第六方向移动；第四载荷传感器设置于所述第四伸缩式双作用缸的活塞端，用于检测向所述待实验岩石的载荷；第四位移传感器设置于所述第四伸缩式双作用缸的活塞端用于检测所述第四伸缩式双作用缸活塞端的位移；其中，所述第四摆臂的第一端与第二端可伸缩连接，且所述第四摆臂的两端之间套接有弹簧48。

本示例性实施例中，第四伸缩式双作用缸41可以对其活塞端产生向第三方向或第四方向的作用力，该实验装置可以通过一伺服电磁阀对第四伸缩式双作用缸41反向供油，以使第四伸缩式双作用缸41的活塞端向第三方向快速移动，从而实现第四加载机构对待实验岩石的快速卸载。此外，当第四伸缩式双作用缸41对待实验岩石具有沿第四方向的作用力时，第四摆臂43收缩，套接在第四摆臂外侧的弹簧48处于压缩状态，当第四伸缩式双作用缸41通过一伺服电磁阀对其反向供油时，该弹簧48可以作用于第四伸缩式双作用缸41的活塞端，从而进一步加快第四加载机构对待实验岩石的卸载速度。第四压板42的第一端通过一球头47与所述第四伸缩式双作用缸41的活塞端万向连接，可以使得第四伸缩式双作用缸41作用于第四摆臂43的力可以自动调整，从而使得第四伸缩式双作用缸41沿第四方向向第四摆臂施加作用力。第四摆臂油缸44能够驱动所述第四摆臂43沿所述第五方向Z和所述第六方向移动，从而实现第四摆臂43在第五方向Z和所述第六方向上调整，以方便调整对待实验岩石的施加力的位置。其中，第四摆臂油缸44的缸体端可以设置于机架上，活塞端与第三摆臂连接。此外，第四摆臂油缸可以在第四加载机构卸载时，通过调整第四摆臂与待实验岩石的相对位置关系进一步实现第四加载机构的瞬间卸载。

本示例性实施例中，第四载荷传感器45可以实时采集第四伸缩式双作用缸41向待实验岩石0施加的应力。第四位移传感器46可以实时采集待实验岩石0在上述应力作用下的应变。第四载荷传感器45和第四位移传感器46采集的应力和应变数据可以传输到上述控制***，该控制***可以对第四加载机构实现闭环控制。例如，该控制***可以通过一伺服电磁阀实现对第四加载机构施加压力的控制。

本示例性实施例中，所述第五加载机构可以包括：第五伸缩式双作用缸51、第五压板52、第五传力杆53、第五载荷传感器54、第五位移传感器55。第五伸缩式双作用缸的缸体端与所述固定框架固定连接；第五压板的第一端通过一球头56与所述第五伸缩式双作用缸的活塞端万向连接；第五传力杆的第一端与所述第五压板的第二端连接，第二端用于向所述待实验岩石施加载荷；第五载荷传感器设置于所述第五伸缩式双作用缸的活塞端，用于检测向所述待实验岩石的载荷；第五位移传感器设置于所述第五伸缩式双作用缸的活塞端用于检测所述第五伸缩式双作用缸活塞端的位移。

本示例性实施例中，第五伸缩式双作用缸51可以对其活塞端产生向第六方向或第五方向的作用力，该实验装置可以通过一伺服电磁阀对第五伸缩式双作用缸51反向供油，以使第五伸缩式双作用缸51的活塞端向第六方向快速移动，从而实现第五加载机构对待实验岩石的快速卸载。第五压板52的第一端通过一球头56与所述第五伸缩式双作用缸51的活塞端万向连接，可以使得第五伸缩式双作用缸51作用于第五传力杆53的力可以自动调整，从而使得第五伸缩式双作用缸51沿第五方向向第五传力杆53施加作用力。

本示例性实施例中，第五载荷传感器54可以实时采集第五伸缩式双作用缸51向待实验岩石0施加的应力。第五位移传感器55可以实时采集待实验岩石0在上述应力作用下的应变。第五载荷传感器54和第五位移传感器55采集的应力和应变数据可以传输到上述控制***，该控制***可以对第五加载机构实现闭环控制。例如，该控制***可以通过一伺服电磁阀实现对第五加载机构施加压力的控制。

本示例性实施例中，所述第六加载机构包括：第六伸缩式双作用缸61、第六压板62、第六传力杆63、第六载荷传感器64、第六位移传感器65、第六扰动压板66、第六扰动油缸67。第六伸缩式双作用缸的缸体端与所述固定框架固定连接；第六压板的第一端通过一球头68与所述第六伸缩式双作用缸的活塞端万向连接；第六传力杆的第一端与所述第六压板的第二端连接，第二端用于向所述待实验岩石施加载荷；第六载荷传感器设置于所述第六伸缩式双作用缸的活塞端，用于检测向所述待实验岩石的载荷；第六位移传感器设置于所述第六伸缩式双作用缸的活塞端用于检测所述第六伸缩式双作用缸活塞端的位移；第六扰动压板的第一端与所述第六传力杆的第一端固定连接；第六扰动油缸的缸体端与所述固定框架固定连接，活塞端与所述第六扰动压板的第二端相对设置。

本示例性实施例中，第六伸缩式双作用缸61可以对其活塞端产生向第五方向或第六方向的作用力，该实验装置可以通过一伺服电磁阀对第六伸缩式双作用缸61反向供油，以使第六伸缩式双作用缸61的活塞端向第五方向快速移动，从而实现第六加载机构对待实验岩石的快速卸载。第六压板62的第一端通过一球头68与所述第六伸缩式双作用缸61的活塞端万向连接，可以使得第六伸缩式双作用缸61作用于第六传力杆63的力可以自动调整，从而使得第六伸缩式双作用缸61沿第六方向向第六传力杆63施加作用力。

本示例性实施例中，第六载荷传感器64可以实时采集第六伸缩式双作用缸61向待实验岩石0施加的应力。第六位移传感器65可以实时采集待实验岩石0在上述应力作用下的应变。第六载荷传感器64和第六位移传感器65采集的应力和应变数据可以传输到上述控制***，该控制***可以对第六加载机构实现闭环控制。例如，该控制***可以通过一伺服电磁阀实现对第六加载机构施加压力的控制。

本示例性示例性中，第六伸缩式双作用缸61可以设置沿其轴向的开孔，第六扰动油缸67可以设置于所述通孔中。在第六伸缩式双作用缸61向待实验岩石施加载荷的同时，第六扰动油缸67可以通过第六扰动压板66向待实验岩石施加扰动载荷，从而增加岩爆实验模拟状态的多样性。

需要说明的是，控制***可以为电脑，该电脑可以通过专用编程软件对加载机构进行控制，此外加载机构也可以通过手动进行控制。

本示例性实施例中，该装置还可以包括吊车横梁9和吊车10，吊车10连接于所述吊车横梁9上，用于吊送待实验岩石。

本示例性实施例提供的高压伺服真三轴岩爆实验设备，一方面，该设备中高刚度机架可以满足改设备的高压力模拟实验；另一方面，该设备可以通过上述的伸缩式双作用缸、可伸缩摆臂以及摆臂上的弹簧实现待实验岩石单面、双面、三面、四面的瞬间卸载。再一方面，该设备可以通过第三扰动油缸、第六扰动油缸，实现在垂直方向和前后方向可以施加多种波形的扰动。

本示例性实施例提供的高压伺服真三轴岩爆实验设备，垂直方向Z可实现如恒定荷载、恒定位移、恒定速率荷载、恒定速率位移等多种控制方式。最大实验力为5000kN。测力范围：1～100％FS。测力精度：＜示值的±0.5％。测力分辨率：≤10N(自动分档，全程分辨率不变)。加载速率：10N/s～10kN/s。位移测控范围：0～300mm。测量精度：≤±0.5％FS。测量分辨率：≤0.001mm。油缸行程：≥300mm。第一Z向扰动油缸58可以产生的扰动波形包括弦波、三角波、方波、脉冲、正向锯齿波、反向锯齿波。

本示例性实施例提供的高压伺服真三轴岩爆实验设备，水平前后方向可实现如恒定荷载、恒定位移、恒定速率荷载、恒定速率位移等多种控制方式。(1)最大实验力为2000kN。测力范围：1～100％FS。测力精度：＜示值的±0.5％。测力分辨率：≤10N(自动分档，全程分辨率不变)。加载速率：10N/s～10kN/s。位移测控范围：0～300mm。测量精度：≤±0.5％FS。测量分辨率：≤0.001mm。油缸行程：≥300mm。第一Y向扰动油缸39可以产生的扰动波形包括弦波、三角波、方波、脉冲、正向锯齿波、反向锯齿波。

本示例性实施例提供的高压伺服真三轴岩爆实验设备，水平左右方向可实现如恒定荷载、恒定位移、恒定速率荷载、恒定速率位移等多种控制方式。(1)最大实验力为2000kN。测力范围：1～100％FS。测力精度：＜示值的±0.5％。测力分辨率：≤10N(自动分档，全程分辨率不变)。加载速率：10N/s～10kN/s。位移测控范围：0～300mm。测量精度：≤±0.5％FS。测量分辨率：≤0.001mm。油缸行程：≥300mm。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。

Claims (10)

1.一种高压伺服真三轴岩爆实验设备，其特征在于，包括：

第一加载机构，用于沿第一方向向待实验岩石施加载荷；

第二加载机构，用于沿第二方向向待实验岩石施加载荷，所述第二方向与所述第一方向反向；

第三加载机构，用于沿第三方向向待实验岩石施加载荷，所述第三方向与所述第一方向垂直；

第四加载机构，用于沿第四方向向待实验岩石施加载荷，所述第四方向与所述第三方向反向；

第五加载机构，用于沿第五方向向待实验岩石施加载荷，所述第五方向与所述第一方向、第三方向垂直；

第六加载机构，用于沿第六方向向待实验岩石施加载荷，所述第六方向与所述第五方向反向。

2.根据权利要求1所述的高压伺服真三轴岩爆实验设备，其特征在于，所述高压伺服真三轴岩爆实验设备还包括机架，所述机架包括：

底座；

滑动框架，沿所述第一方向和所述第二方向滑动设置于所述底座上，用于支撑所述第一加载机构和所述第二加载机构；

固定框架，固定设置于所述底座上，用于支撑所述第三加载机构、所述第四加载机构、所述第五加载机构以及所述第六加载机构。

3.根据权利要求2所述的高压伺服真三轴岩爆实验设备，其特征在于，所述高压伺服真三轴岩爆实验设备还包括用于承载所述待实验岩石的承载台，所述承载台滑动设置于所述底座上。

4.根据权利要求3所述的高压伺服真三轴岩爆实验设备，其特征在于，还包括：

夹具，固定设置于所述承载台上，具有夹持所述待实验岩石的容纳空间；

其中，所述夹具上开设有连通所述容纳空间的螺纹孔，所述夹具还包括匹配所述螺纹孔设置的螺栓，所述螺栓的螺纹端设置有弹性件。

5.根据权利要求2所述的高压伺服真三轴岩爆实验设备，其特征在于，所述第一加载机构包括：

第一伸缩式双作用缸，缸体端与所述滑动框架固定连接；

第一压板，第一端通过一球头与所述第一伸缩式双作用缸的活塞端万向连接；

第一摆臂，第一端与所述第一压板的第二端在所述第五方向、所述第六方向滑动连接，第二端用于向所述待实验岩石施加载荷；

第一摆臂油缸，用于驱动所述第一摆臂沿所述第五方向和所述第六方向移动；

第一载荷传感器，设置于所述第一伸缩式双作用缸的活塞端，用于检测向所述待实验岩石的载荷；

第一位移传感器，设置于所述第一伸缩式双作用缸的活塞端用于检测所述第一伸缩式双作用缸活塞端的位移；

其中，所述第一摆臂的第一端与第二端可伸缩连接，且所述第一摆臂的两端之间套接有弹簧。

6.根据权利要求5所述的高压伺服真三轴岩爆实验设备，其特征在于，所述第二加载机构包括：

第二伸缩式双作用缸，缸体端与所述滑动框架固定连接；

第二压板，第一端通过一球头与所述第二伸缩式双作用缸的活塞端万向连接；

第二摆臂，第一端与所述第二压板的第二端在所述第五方向、所述第六方向滑动连接，第二端用于向所述待实验岩石施加载荷；

第二摆臂油缸，用于驱动所述第二摆臂沿所述第五方向和所述第六方向移动；

第二载荷传感器，设置于所述第二伸缩式双作用缸的活塞端，用于检测向所述待实验岩石的载荷；

第二位移传感器，设置于所述第二伸缩式双作用缸的活塞端用于检测所述第二伸缩式双作用缸活塞端的位移；

其中，所述第二摆臂的第一端与第二端可伸缩连接，且所述第二摆臂的两端之间套接有弹簧。

7.根据权利要求2所述的高压伺服真三轴岩爆实验设备，其特征在于，所述第三加载机构包括：

第三伸缩式双作用缸，缸体端与所述固定框架固定连接；

第三压板，第一端通过一球头与所述第三伸缩式双作用缸的活塞端万向连接；

第三摆臂，第一端与所述第三压板的第二端在所述第五方向、所述第六方向滑动连接，第二端用于向所述待实验岩石施加载荷；

第三摆臂油缸，用于驱动所述第三摆臂沿所述第五方向和所述第六方向移动；

第三载荷传感器，设置于所述第三伸缩式双作用缸的活塞端，用于检测向所述待实验岩石的载荷；

第三位移传感器，设置于所述第三伸缩式双作用缸的活塞端用于检测所述第三伸缩式双作用缸活塞端的位移；

第三扰动压板，第一端与所述第三摆臂的第一端固定连接；

第三扰动油缸，缸体端与所述固定框架固定连接，活塞端与所述第三扰动压板的第二端相对设置；

其中，所述第三摆臂的第一端与第二端可伸缩连接，且所述第三摆臂的两端之间套接有弹簧。

8.根据权利要求2所述的高压伺服真三轴岩爆实验设备，其特征在于，所述第四加载机构包括：

第四伸缩式双作用缸，缸体端与所述固定框架固定连接；

第四压板，第一端通过一球头与所述第四伸缩式双作用缸的活塞端万向连接；

第四摆臂，第一端与所述第四压板的第二端在所述第五方向、所述第六方向滑动连接，第二端用于向所述待实验岩石施加载荷；

第四摆臂油缸，用于驱动所述第四摆臂沿所述第五方向和所述第六方向移动；

第四载荷传感器，设置于所述第四伸缩式双作用缸的活塞端，用于检测向所述待实验岩石的载荷；

第四位移传感器，设置于所述第四伸缩式双作用缸的活塞端用于检测所述第四伸缩式双作用缸活塞端的位移；

其中，所述第四摆臂的第一端与第二端可伸缩连接，且所述第四摆臂的两端之间套接有弹簧。

9.根据权利要求2所述的高压伺服真三轴岩爆实验设备，其特征在于，所述第五加载机构包括：

第五伸缩式双作用缸，缸体端与所述固定框架固定连接；

第五压板，第一端通过一球头与所述第五伸缩式双作用缸的活塞端万向连接；

第五传力杆，第一端与所述第五压板的第二端连接，第二端用于向所述待实验岩石施加载荷；

第五载荷传感器，设置于所述第五伸缩式双作用缸的活塞端，用于检测向所述待实验岩石的载荷；

第五位移传感器，设置于所述第五伸缩式双作用缸的活塞端用于检测所述第五伸缩式双作用缸活塞端的位移。

10.根据权利要求2所述的高压伺服真三轴岩爆实验设备，其特征在于，所述第六加载机构包括：

第六伸缩式双作用缸，缸体端与所述固定框架固定连接；

第六压板，第一端通过一球头与所述第六伸缩式双作用缸的活塞端万向连接；

第六传力杆，第一端与所述第六压板的第二端连接，第二端用于向所述待实验岩石施加载荷；

第六载荷传感器，设置于所述第六伸缩式双作用缸的活塞端，用于检测向所述待实验岩石的载荷；

第六位移传感器，设置于所述第六伸缩式双作用缸的活塞端用于检测所述第六伸缩式双作用缸活塞端的位移；

第六扰动压板，第一端与所述第六传力杆的第一端固定连接；

第六扰动油缸，缸体端与所述固定框架固定连接，活塞端与所述第六扰动压板的第二端相对设置。