本发明涉及岩石力学实验，具体为一种真三轴动态扰动-冲击加载力学试验系统。
背景技术：
1、随着浅部资源的逐渐枯竭，资源的开采与利用逐渐走向地球深部。一些地下工程的深度达到地下一千米甚至数千米，该环境下的岩石处于更加复杂的赋存环境，应力状态往往表现出各向异性特性，也即三向不等的真三轴应力状态，同时，深部岩石还容易受到动态扰动荷载的影响。
2、然而，受限于试验设备，目前国内外学者对岩石性质的研究大多是基于传统三轴应力条件下的，也即中间主应力与最小主应力相等的情况。这显然与实际工程状况不符，导致研究成果的可靠性与应用价值受到了一定程度的影响。因此，研究岩石在真三轴应力条件下的性质是非常必要的。目前国内外已经发展起来了数十台岩石真三轴试验机，但是现存的这些真三轴试验机往往只能实现静态的三个方向应力的独立加卸载，还有极少的可以在某个方向上施加不同频率的动态扰动荷载或动态冲击荷载，但是目前还没有一台能够同时实现施加高频动态扰动荷载与动态冲击荷载的真三轴试验系统。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对现有试验设备存在的空缺，提供了一种能够同时实现施加高频动态扰动荷载与动态冲击荷载的真三轴试验系统。
2、为达上述目的，本发明提供了一种真三轴动态扰动-冲击加载力学试验系统，包括：静态加载框架、分离式霍普金森压杆装置以及高频动态扰动装置；所述静态加载框架包括支座、外板、压力室以及六个静态加载模块；所述支座上部连接固定所述外板，所述外板的中心位置设置有压力室；六个静态加载模块分别布置在所述压力室的前后、左右、上下六个方位，用于实现真三轴应力状态；所述分离式霍普金森压杆装置设置于所述压力室的一侧，用于实现施加动态冲击荷载；所述高频动态扰动装置安装在两个相对设置的静态加载模块上，用于实现施加高频动态扰动荷载。
3、进一步的，六个静态加载模块包括y+静态加载模块、y-静态加载模块、x+静态加载模块、x-静态加载模块、z+静态加载模块和z-静态加载模块；所述y+静态加载模块与y-静态加载模块对称设置在所述压力室的上下两侧，所述x+静态加载模块与x-静态加载模块对称设置在所述压力室的左右两侧，所述z+静态加载模块与z-静态加载模块对称设置在所述压力室的前后两侧。
4、进一步的，所述y+静态加载模块包括y+油缸底盖，所述压力室上部与y+油缸底盖连接固定；所述y+油缸底盖外部连接有y+油缸；所述y+油缸外还固定有y+油缸前盖；所述y+油缸前盖边缘固定有y+分油器；所述y+分油器外侧固定有一个y+伺服阀以及两个y+蓄能器；所述y+油缸内部设置有y+活塞；所述y+活塞上设置有y+位移传感器；所述y+活塞与y+力传感器固定连接；所述y+力传感器与y+压头固定连接。
5、进一步的，所述y-静态加载模块包括y-油缸底盖，所述压力室下部与y-油缸底盖连接固定；所述y-油缸底盖外部连接有y-油缸；所述y-油缸外还固定有y-油缸前盖；所述y-油缸前盖边缘固定有y-分油器；所述y-分油器外侧固定有一个y-伺服阀以及两个y-蓄能器；所述y-油缸内部设置有y-活塞；所述y-活塞上设置有y-位移传感器；所述y-活塞与y-力传感器固定连接；所述y-力传感器与y-压头固定连接。
6、进一步的，所述x+静态加载模块包括x+油缸底盖，所述压力室右部与x+油缸底盖连接固定；所述x+油缸底盖外部连接有x+油缸；所述x+油缸外还固定有x+油缸前盖；所述x+油缸前盖边缘固定有x+分油器；所述x+分油器外侧固定有一个x+伺服阀以及两个x+蓄能器；所述x+油缸内部设置有x+活塞；所述x+活塞上设置有x+位移传感器；所述x+活塞与x+力传感器固定连接；所述x+力传感器与x+压头固定连接；所述x+油缸底盖、x+油缸、x+油缸前盖、x+活塞以及x+力传感器均设计有一个圆柱形空腔。
7、进一步的，所述x-静态加载模块包括x-油缸底盖，所述压力室左部与x-油缸底盖连接固定；所述x-油缸底盖外部连接有x-油缸；所述x-油缸外还固定有x-油缸前盖；所述x-油缸前盖边缘固定有x-分油器；所述x-分油器外侧固定有一个x-伺服阀以及两个x-蓄能器；所述x-油缸内部设置有x-活塞；所述x-活塞上设置有x-位移传感器；所述x-活塞与x-力传感器固定连接；所述x-力传感器与x-压头固定连接；所述x-油缸底盖、x-油缸、x-油缸前盖、x-活塞以及x-力传感器均设计有一个圆柱形空腔。
8、进一步的，z+静态加载模块包括z+油缸底盖，所述压力室前部与z+油缸底盖连接固定；所述z+油缸底盖外部连接有z+油缸；所述z+油缸外还固定有z+油缸前盖；所述z+油缸前盖边缘固定有z+分油器；所述z+分油器外侧固定有一个z+伺服阀以及两个z+蓄能器；所述z+油缸内部设置有z+活塞；所述z+活塞上设置有z+位移传感器；所述z+活塞与z+力传感器固定连接；所述z+力传感器与z+压头固定连接；所述z+油缸底盖、z+油缸、z+油缸前盖、z+活塞以及z+力传感器均设计有一个圆柱形空腔；
9、所述压力室后部还连接固定有z+托板，所述z+托板通过支脚支撑；所述z+托板上设置有导轨，所述导轨上设置有轴承，所述轴承与连接块固定连接，所述连接块分别与z+油缸前盖和z+油缸后盖的下部固定连接。
10、进一步的，z-静态加载模块包括z-油缸底盖，所述压力室后部与z-油缸底盖连接固定；所述z-油缸底盖外部连接有z-油缸；所述z-油缸外还固定有z-油缸前盖；所述z-油缸前盖边缘固定有z-分油器；所述z-分油器外侧固定有一个z-伺服阀以及两个z-蓄能器；所述z-油缸内部设置有z-活塞；所述z-活塞上设置有z-位移传感器；所述z-活塞与z-力传感器固定连接；所述z-力传感器与z-压头固定连接；所述z-油缸底盖、z-油缸、z-油缸前盖、z-活塞以及z-力传感器均设计有一个圆柱形空腔；
11、所述压力室后部还连接固定有z-托板，所述z-托板通过支脚支撑；所述z-托板上设置有导轨，所述导轨上设置有轴承，所述轴承与连接块固定连接，所述连接块分别与z-油缸前盖和z-油缸后盖的下部固定连接。
12、进一步的，所述分离式霍普金森压杆装置包括依次位于相同水平高度上的发射器、入射杆、透射杆；所述入射杆和透射杆上均设有应变片，所述应变片依次连接动态应变仪以及示波器；所述发射器和入射杆均通过支架固定在z+托板上；所述入射杆穿过z+加载模块预留的圆柱形空腔直接作用于样品上；所述透射杆通过支架固定在z-托板上；所述透射杆穿过z-加载模块预留的圆柱形空腔直接作用于样品上。
13、进一步的，所述高频动态扰动装置包括一号动态加载模块与二号动态加载模块；
14、所述一号动态加载模块包括一号油缸底盖；所述x+油缸前盖外部与一号油缸底盖连接固定；所述一号油缸底盖外部连接有一号油缸；所述一号油缸外还固定有一号油缸前盖；所述一号油缸前盖边缘固定有一号分油器；所述一号分油器外侧固定有两个一号伺服阀以及两个一号蓄能器；所述一号油缸内部设置有一号活塞和一号活塞杆；所述一号活塞和一号活塞杆上设置有一号位移传感器；所述一号活塞杆与一号力传感器固定连接；所述一号活塞杆和一号力传感器穿过x+加载模块中预留的圆柱形空腔与x+压头接触；
15、所述二号动态加载模块包括二号油缸底盖；所述x-油缸前盖外部与二号油缸底盖连接固定；所述二号油缸底盖外部连接有二号油缸；所述二号油缸外还固定有二号油缸前盖；所述二号油缸前盖边缘固定有二号分油器；所述二号分油器外侧固定有两个二号伺服阀以及两个二号蓄能器；所述二号油缸内部设置有二号活塞和二号活塞杆；所述二号活塞和二号活塞杆上设置有二号位移传感器；所述二号活塞杆与二号力传感器固定连接；所述二号活塞杆和二号力传感器穿过x-加载模块中预留的圆柱形空腔与x-压头接触。
16、本发明的有益效果在于：
17、与现有的真三轴试验机相比，本发明的优势在于能够在真三轴应力条件下同时实现施加高频动态扰动荷载与动态冲击荷载；并且，高频扰动荷载和动态冲击荷载的施加是多个方向上的；其中高频动态扰动装置采用全数字动态伺服控制器，可以施加正弦波、梯形波、三角波、锯齿波以及地震波等动态扰动模式，其扰动荷载最大可达400kn，最高频率可达50hz，其采用的并联作动器可以实现两个方向动态扰动荷载独立、稳定且精确的控制，其动态扰动幅度之大，频率之高也是其他现存真三轴试验机无法达到的。
1.一种真三轴动态扰动-冲击加载力学试验系统，其特征在于，包括：静态加载框架、分离式霍普金森压杆装置以及高频动态扰动装置；所述静态加载框架包括支座、外板、压力室以及六个静态加载模块；所述支座上部连接固定所述外板，所述外板的中心位置设置有压力室；六个静态加载模块分别布置在所述压力室的前后、左右、上下六个方位，用于实现真三轴应力状态；所述分离式霍普金森压杆装置设置于所述压力室的一侧，用于实现施加动态冲击荷载；所述高频动态扰动装置安装在两个相对设置的静态加载模块上，用于实现施加高频动态扰动荷载。
2.如权利要求1所述的一种真三轴动态扰动-冲击加载力学试验系统，其特征在于，六个静态加载模块包括y+静态加载模块、y-静态加载模块、x+静态加载模块、x-静态加载模块、z+静态加载模块和z-静态加载模块；所述y+静态加载模块与y-静态加载模块对称设置在所述压力室的上下两侧，所述x+静态加载模块与x-静态加载模块对称设置在所述压力室的左右两侧，所述z+静态加载模块与z-静态加载模块对称设置在所述压力室的前后两侧。
3.如权利要求2所述的一种真三轴动态扰动-冲击加载力学试验系统，其特征在于，所述y+静态加载模块包括y+油缸底盖，所述压力室上部与y+油缸底盖连接固定；所述y+油缸底盖外部连接有y+油缸；所述y+油缸外还固定有y+油缸前盖；所述y+油缸前盖边缘固定有y+分油器；所述y+分油器外侧固定有一个y+伺服阀以及两个y+蓄能器；所述y+油缸内部设置有y+活塞；所述y+活塞上设置有y+位移传感器；所述y+活塞与y+力传感器固定连接；所述y+力传感器与y+压头固定连接。
4.如权利要求3所述的一种真三轴动态扰动-冲击加载力学试验系统，其特征在于，所述y-静态加载模块包括y-油缸底盖，所述压力室下部与y-油缸底盖连接固定；所述y-油缸底盖外部连接有y-油缸；所述y-油缸外还固定有y-油缸前盖；所述y-油缸前盖边缘固定有y-分油器；所述y-分油器外侧固定有一个y-伺服阀以及两个y-蓄能器；所述y-油缸内部设置有y-活塞；所述y-活塞上设置有y-位移传感器；所述y-活塞与y-力传感器固定连接；所述y-力传感器与y-压头固定连接。
5.如权利要求4所述的一种真三轴动态扰动-冲击加载力学试验系统，其特征在于，所述x+静态加载模块包括x+油缸底盖，所述压力室右部与x+油缸底盖连接固定；所述x+油缸底盖外部连接有x+油缸；所述x+油缸外还固定有x+油缸前盖；所述x+油缸前盖边缘固定有x+分油器；所述x+分油器外侧固定有一个x+伺服阀以及两个x+蓄能器；所述x+油缸内部设置有x+活塞；所述x+活塞上设置有x+位移传感器；所述x+活塞与x+力传感器固定连接；所述x+力传感器与x+压头固定连接；所述x+油缸底盖、x+油缸、x+油缸前盖、x+活塞以及x+力传感器均设计有一个圆柱形空腔。
6.如权利要求5所述的一种真三轴动态扰动-冲击加载力学试验系统，其特征在于，所述x-静态加载模块包括x-油缸底盖，所述压力室左部与x-油缸底盖连接固定；所述x-油缸底盖外部连接有x-油缸；所述x-油缸外还固定有x-油缸前盖；所述x-油缸前盖边缘固定有x-分油器；所述x-分油器外侧固定有一个x-伺服阀以及两个x-蓄能器；所述x-油缸内部设置有x-活塞；所述x-活塞上设置有x-位移传感器；所述x-活塞与x-力传感器固定连接；所述x-力传感器与x-压头固定连接；所述x-油缸底盖、x-油缸、x-油缸前盖、x-活塞以及x-力传感器均设计有一个圆柱形空腔。
7.如权利要求6所述的一种真三轴动态扰动-冲击加载力学试验系统，其特征在于，z+静态加载模块包括z+油缸底盖，所述压力室前部与z+油缸底盖连接固定；所述z+油缸底盖外部连接有z+油缸；所述z+油缸外还固定有z+油缸前盖；所述z+油缸前盖边缘固定有z+分油器；所述z+分油器外侧固定有一个z+伺服阀以及两个z+蓄能器；所述z+油缸内部设置有z+活塞；所述z+活塞上设置有z+位移传感器；所述z+活塞与z+力传感器固定连接；所述z+力传感器与z+压头固定连接；所述z+油缸底盖、z+油缸、z+油缸前盖、z+活塞以及z+力传感器均设计有一个圆柱形空腔；
8.如权利要求7所述的一种真三轴动态扰动-冲击加载力学试验系统，其特征在于，z-静态加载模块包括z-油缸底盖，所述压力室后部与z-油缸底盖连接固定；所述z-油缸底盖外部连接有z-油缸；所述z-油缸外还固定有z-油缸前盖；所述z-油缸前盖边缘固定有z-分油器；所述z-分油器外侧固定有一个z-伺服阀以及两个z-蓄能器；所述z-油缸内部设置有z-活塞；所述z-活塞上设置有z-位移传感器；所述z-活塞与z-力传感器固定连接；所述z-力传感器与z-压头固定连接；所述z-油缸底盖、z-油缸、z-油缸前盖、z-活塞以及z-力传感器均设计有一个圆柱形空腔；
9.如权利要求8所述的一种真三轴动态扰动-冲击加载力学试验系统，其特征在于，所述分离式霍普金森压杆装置包括依次位于相同水平高度上的发射器、入射杆、透射杆；所述入射杆和透射杆上均设有应变片，所述应变片依次连接动态应变仪以及示波器；所述发射器和入射杆均通过支架固定在z+托板上；所述入射杆穿过z+加载模块预留的圆柱形空腔直接作用于样品上；所述透射杆通过支架固定在z-托板上；所述透射杆穿过z-加载模块预留的圆柱形空腔直接作用于样品上。
10.如权利要求9所述的一种真三轴动态扰动-冲击加载力学试验系统，其特征在于，所述高频动态扰动装置包括一号动态加载模块与二号动态加载模块；
