本發(fā)明涉及一種巖石動(dòng)三軸壓縮試驗(yàn)裝置及方法，可進(jìn)行各類巖石動(dòng)力壓縮試驗(yàn)和循環(huán)壓縮試驗(yàn)，可在礦山、抗震、交通運(yùn)輸、機(jī)械安裝、港口等工程領(lǐng)域的巖石力學(xué)試驗(yàn)中廣泛應(yīng)用。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著爆破工程、抗震工程、交通運(yùn)輸、機(jī)械工程、堤防工程等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，巖石動(dòng)力學(xué)的研究逐漸成為一個(gè)重要的力學(xué)研究分支。爆破作業(yè)和地震作用直接給附近建筑物、構(gòu)筑物、自然山體帶來(lái)動(dòng)力沖擊，快速奔馳的列車(chē)給軌道和橋墩帶來(lái)反復(fù)的循環(huán)荷載，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的大型機(jī)械對(duì)地基基礎(chǔ)帶來(lái)長(zhǎng)時(shí)間、高頻率的持續(xù)振動(dòng)，這些工程的迅速發(fā)展對(duì)各類動(dòng)力學(xué)的研究提出了新的挑戰(zhàn)。

然而，相比于動(dòng)力理論研究，巖石的動(dòng)力力學(xué)試驗(yàn)器材相對(duì)匱乏，即使能夠進(jìn)行動(dòng)載試驗(yàn)的相關(guān)裝置也存在不同差異的缺陷。英國(guó)GDS生產(chǎn)的空心柱扭剪試驗(yàn)系統(tǒng)(HCA)可進(jìn)行動(dòng)靜三軸和動(dòng)靜扭剪試驗(yàn)，然而該試驗(yàn)裝置的最大動(dòng)載頻率為2Hz，目前被廣泛使用的RMT-150多功能全自動(dòng)剛性巖石伺服試驗(yàn)機(jī)的振動(dòng)頻率范圍為0.01Hz～1Hz，這些動(dòng)載試驗(yàn)裝置只適用于低頻動(dòng)載試驗(yàn)。SHPB試驗(yàn)裝置是最早用于動(dòng)力力學(xué)研究的儀器，該裝置通過(guò)改變加載應(yīng)變率，研究巖石的動(dòng)態(tài)抗壓、抗拉強(qiáng)度，該儀器的巧妙運(yùn)用為動(dòng)力研究帶來(lái)了極大幫助，然而，該儀器主要進(jìn)行巖石的沖擊試驗(yàn)，無(wú)法進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)，也不能得到具有說(shuō)服力的動(dòng)力強(qiáng)度參數(shù)。振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)裝置在地震荷載的相關(guān)研究中做出了突出的貢獻(xiàn)，特別在沙土液化的研究中，該裝置得到眾多學(xué)者的普遍認(rèn)同，然而該試驗(yàn)破壞性強(qiáng)、試驗(yàn)造價(jià)高，因此很難被廣泛推廣使用。

在材料的力學(xué)研究中，圣維南原理表明，材料的一小部分邊界面上的面力，變換為分布不同但主矢和主矩等效的面力時(shí)，近處的應(yīng)力分布將有顯著的改變，但是遠(yuǎn)處所受到的影響可以忽略不計(jì)。該原理成為本發(fā)明的力學(xué)理論基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有巖石動(dòng)力力學(xué)試驗(yàn)中存在的上述問(wèn)題，進(jìn)一步豐富巖石動(dòng)力力學(xué)研究基礎(chǔ)，而提供一種新型的巖石動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，從而為巖石動(dòng)三軸試驗(yàn)和循環(huán)疲勞試驗(yàn)提供更加可靠、全面的試驗(yàn)條件。

本發(fā)明的另一目的是提供新型的巖石動(dòng)三軸試驗(yàn)方法。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明一種新型的巖石動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明一種新型的巖石動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)，是由動(dòng)力加壓裝置、巖石試樣試驗(yàn)倉(cāng)組合構(gòu)成：

所述的動(dòng)力加壓裝置包括連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力加壓倉(cāng)體，在動(dòng)力加壓倉(cāng)體內(nèi)的中上部自下而上分別裝有底部活塞、高強(qiáng)度彈簧組、頂部活塞，動(dòng)力加壓倉(cāng)體內(nèi)的下部為儲(chǔ)水壓力倉(cāng)；為減小傳動(dòng)阻力，儲(chǔ)水壓力倉(cāng)直徑不宜超過(guò)50mm。所述的高強(qiáng)度彈簧組的勁度系數(shù)要足夠大，能夠給儲(chǔ)水壓力倉(cāng)傳遞相應(yīng)的力。儲(chǔ)水壓力倉(cāng)的下部分別與進(jìn)水管、靜水壓管相聯(lián)通；動(dòng)力加壓倉(cāng)體內(nèi)的頂部活塞與連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接；所述的連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由電動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)、動(dòng)力連桿、傳動(dòng)連桿順序連接構(gòu)成，所述的傳動(dòng)連桿與動(dòng)力加壓倉(cāng)體內(nèi)的頂部活塞的中心連接，從而保證電動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)輸出的運(yùn)動(dòng)軌跡與活塞在同一鉛垂線上。

所述的巖石試樣試驗(yàn)倉(cāng)包括帶有中心水壓孔的壓頭、試樣倉(cāng)倉(cāng)體、裝在試樣倉(cāng)倉(cāng)體內(nèi)的橡膠皮套、帶有中心水壓孔的底座、壓力倉(cāng)排水排氣管、承壓部件排水排氣管、試驗(yàn)倉(cāng)進(jìn)水管，試驗(yàn)倉(cāng)進(jìn)水管安裝在試樣倉(cāng)倉(cāng)體的底部，壓力倉(cāng)排水排氣管安裝在試樣倉(cāng)倉(cāng)體的頂部；試樣倉(cāng)倉(cāng)體、膠皮套的下部安裝在帶有水壓孔的底座上；在橡膠皮套內(nèi)自下而上分別裝有下部承壓部件、巖石試樣、上部承壓部件，壓頭底端部直徑、底座直徑、上部承壓部件直徑、下部承壓部件直徑和橡膠皮套的內(nèi)徑均相等，壓頭和底座上的水壓孔均位于圓柱正中心；在裝有上部承壓部件位置的橡膠皮套上套裝有上部試樣密封圈，在裝有下部承壓部件位置的橡膠皮套上套裝有下部試樣密封圈；所述的上部承壓部件、下部承壓部件的端部分別鉆有一個(gè)中心圓柱鉆孔及若干個(gè)周邊圓柱鉆孔，周邊圓柱鉆孔環(huán)繞中心圓柱鉆孔設(shè)置，中心圓柱鉆孔與周邊圓柱鉆孔通過(guò)連接深溝聯(lián)通，周邊圓柱鉆孔與承壓部件排水排氣管聯(lián)通；壓頭穿過(guò)試樣倉(cāng)倉(cāng)體頂部中央與裝在膠皮套內(nèi)的上部承壓部件接觸；壓頭的中心水壓孔與上部承壓部件的中心圓柱鉆孔相對(duì)應(yīng)，底座的中心水壓孔與下部承壓部件的中心圓柱鉆孔相對(duì)應(yīng)。

在儲(chǔ)水壓力倉(cāng)的底部連接有動(dòng)水壓管，動(dòng)水壓管分出兩支管：上支管、下支管，上支管與壓頭內(nèi)的中心水壓孔聯(lián)通，下支管與底座內(nèi)的中心水壓孔聯(lián)通。

所述的動(dòng)力加壓倉(cāng)體、試樣倉(cāng)倉(cāng)體及所有管道均采用高強(qiáng)度金屬材質(zhì)，至少能承受50MPa水壓作用。

所述的上部承壓部件、、下部承壓部件、均采用硬質(zhì)材料，其彈性模量大于200GPa。

所述的電動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)的動(dòng)載最大頻率為50Hz。

本發(fā)明一種新型的巖石動(dòng)三軸試驗(yàn)方法，采用上述試驗(yàn)系統(tǒng)。

本發(fā)明通過(guò)改進(jìn)巖石常規(guī)三軸靜態(tài)壓縮儀，在原有軸向、環(huán)向靜力加載的同時(shí)，利用軸向高頻變化水波給巖石試樣提供軸向動(dòng)力荷載，動(dòng)載最大頻率可達(dá)50Hz。水波動(dòng)力荷載由動(dòng)力加載系統(tǒng)控制，水壓大小在設(shè)定的范圍內(nèi)周期性改變，環(huán)向和軸向靜力加載與常規(guī)三軸試驗(yàn)加載模式完全相同，軸向靜力加載按照特定模式逐漸增加，巖石試樣在靜力和動(dòng)力的組合作用下發(fā)生破壞，從而獲取巖石破壞過(guò)程和抗壓強(qiáng)度及強(qiáng)度參數(shù)。

其試驗(yàn)步驟和計(jì)算方法為：

1)將巖石試樣裝入橡膠皮套的中央；

2)在巖石試樣上下兩端分別裝入上部承壓部件、下部承壓部件，上部承壓部件、下部承壓部件的帶孔端朝外，用手?jǐn)D壓上部承壓部件、下部承壓部件與巖石試樣完全接觸；

3)將密封圈套裝到橡膠皮套上，密封圈的位置位于上部承壓部件、下部承壓部件的中央位置；

4)將3)步驟得到的組合體安裝到底座上，要求組合體與底座之間不能存在間隙；

5)通過(guò)軸向靜力加壓系統(tǒng)給巖石試樣施加軸向靜力荷載，逐漸降低壓頭，使壓頭施加的軸向壓力作用于巖石試樣，當(dāng)軸向壓力示數(shù)表出現(xiàn)數(shù)據(jù)時(shí)，停止軸向加載；

6)給試樣倉(cāng)倉(cāng)體內(nèi)充試驗(yàn)壓縮油，并將試樣倉(cāng)倉(cāng)體內(nèi)圍壓升高到預(yù)定值；

7)打開(kāi)進(jìn)水管和承壓部件排水排氣管上的閥門(mén)，讓儲(chǔ)水壓力倉(cāng)以及動(dòng)水壓管充滿水，當(dāng)承壓部件排水排氣管滿孔排水時(shí)，依次關(guān)閉承壓部件排水排氣管和進(jìn)水管上的閥門(mén)；

8)利用靜水壓管給儲(chǔ)水壓力倉(cāng)施加水壓σ₃₀，然后關(guān)閉靜水壓管上的閥門(mén)；

9)設(shè)置動(dòng)力加壓裝置的動(dòng)載振幅σ₃₁和振動(dòng)周期T，要求σ₃₁＜σ₃₀，并相應(yīng)調(diào)整電動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速；

10)啟動(dòng)軸向靜力加壓系統(tǒng)，逐漸增加軸向靜力荷載，直到巖石試樣發(fā)生破壞，全程記錄巖石的靜力-動(dòng)力-應(yīng)變大??；任意時(shí)刻巖石試樣受到的實(shí)際應(yīng)力大小為：

其中：

式中：σ_t——任意時(shí)刻巖石試樣受到的軸向合應(yīng)力，單位MPa；

F₁——任意時(shí)刻壓頭提供的壓力大小，單位N；

F₃——任意時(shí)刻動(dòng)水壓管給巖石試樣的壓力大小，單位N；

D——上部承壓部件、下部承壓部件的直徑，單位mm；

σ₃₀——由靜水壓管提供的靜水壓力，單位MPa；

σ₃₁——?jiǎng)虞d振幅，單位MPa；

T——轉(zhuǎn)動(dòng)周期，動(dòng)載頻率的倒數(shù)，單位s；

t——記錄時(shí)刻，單位s；

A——上部承壓部件或下部承壓部件上的周邊圓柱鉆孔、中心圓柱鉆孔及連接深溝的截面積總和，單位mm²；

11)依次卸載軸向靜力荷載、動(dòng)力荷載和圍壓；

12)清理試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)完畢。

本發(fā)明一種新型的巖石動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)及方法采用以上技術(shù)方案后，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

采用的承壓部件可以巧妙的將水波動(dòng)力作用施加到巖石試樣上，并有效避免了巖石端面上的應(yīng)力集中問(wèn)題；同時(shí)該部件可以傳遞來(lái)自壓頭的軸向靜力作用，這兩種荷載組合后成為一種新的動(dòng)態(tài)荷載作用在試樣上，靜力荷載的增加最終導(dǎo)致試樣發(fā)生破壞。

根據(jù)連桿傳動(dòng)規(guī)律，將電動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)(電動(dòng)機(jī))的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞周期性的壓縮高強(qiáng)度彈簧，導(dǎo)致底部活塞與儲(chǔ)水壓力倉(cāng)中的水產(chǎn)生周期性擠壓應(yīng)力，利用液體的壓力傳遞特點(diǎn)，將儲(chǔ)水壓力倉(cāng)中變化的水壓輸送到巖石試樣兩端。在連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，彈簧受到的擠壓程度不同，當(dāng)動(dòng)力連桿處于鉛錘位置時(shí)，儲(chǔ)水壓力倉(cāng)中壓力處于分別最大值和最小值。

本發(fā)明試驗(yàn)方法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以為巖石試樣提供高頻率循環(huán)動(dòng)載，最大循環(huán)頻率高達(dá)50Hz，與連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的頻率相等。同時(shí)，該試驗(yàn)系統(tǒng)采用液態(tài)水進(jìn)行動(dòng)力傳遞，最大化減小了高頻動(dòng)力給儀器自身的破壞作用，有效保護(hù)了儀器的自身安全。該試驗(yàn)系統(tǒng)是在常規(guī)巖石靜力三軸壓縮儀的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將常規(guī)三軸試驗(yàn)中的透水墊板換成承壓部件，同時(shí)增加了一個(gè)動(dòng)力加壓系統(tǒng)。該改進(jìn)方案增加了儲(chǔ)水壓力倉(cāng)的空間尺寸，但是大幅度增強(qiáng)了試驗(yàn)儀器的功能，有效增強(qiáng)了儀器的全面性與實(shí)用性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種新型的巖石動(dòng)三軸試驗(yàn)方法的巖石試樣受力圖；

圖2是本發(fā)明一種新型的巖石動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)聯(lián)系圖；

圖3是本發(fā)明采用的巖石試樣試驗(yàn)倉(cāng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明采用的動(dòng)力加壓裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明采用的承壓部件立體示意圖；

圖6是本發(fā)明采用的承壓部件平面示意圖。

附圖標(biāo)記為：1-壓頭；2-壓力倉(cāng)排水排氣管；3-承壓部件排水排氣管；4-上部承壓部件；4'-下部承壓部件；5-巖石試樣；6-上部試樣密封圈；6'-下部試樣密封圈；7-試驗(yàn)倉(cāng)進(jìn)水管；8-橡膠皮套；9-動(dòng)水壓管；10-帶有水壓孔的底座；11-電動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)；12-動(dòng)力連桿；13-傳動(dòng)連桿；14-頂部活塞；15-儲(chǔ)水壓力倉(cāng)；16-進(jìn)水管；17-靜水壓管；18-高強(qiáng)度彈簧組；19-底部活塞；20-動(dòng)力加壓倉(cāng)體；21-試樣倉(cāng)倉(cāng)體；22-周邊圓柱鉆孔；23-中心圓柱鉆孔；24-連接深溝。

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明一種新型的巖石動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)及方法做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

由圖1所示的本發(fā)明一種新型的巖石動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)聯(lián)系圖看出，本發(fā)明中巖石試樣5進(jìn)行動(dòng)三軸試驗(yàn)時(shí)存在三部分荷載，分別是圍壓F₂、靜力軸壓F₁和動(dòng)水壓力F₃，他們分別由試樣倉(cāng)倉(cāng)體21、壓頭1和動(dòng)水壓管9提供。上部承壓部件4、下部承壓部件4'的外端受到靜力軸壓F₁和動(dòng)水壓力F₃，F(xiàn)₁作用在上部承壓部件4與壓頭1的接觸位置，F(xiàn)₃作用在上部承壓部件4、下部承壓部件4'內(nèi)部小孔的底端，由于上部承壓部件4、下部承壓部件4'的底部為完整圓柱體，因此根據(jù)圣維南原理，巖石試樣5的端面各點(diǎn)受力狀況完全相同。在試驗(yàn)過(guò)程中上部承壓部件4、下部承壓部件4'受到的圍壓、動(dòng)水壓力的幅值、動(dòng)水壓力的頻率是固定不變的，只有靜力壓力不斷增加，直到巖石試樣發(fā)生破壞。

由圖2所示的本發(fā)明一種新型的巖石動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)聯(lián)系圖并結(jié)合圖3、圖4看出，本發(fā)明一種新型的巖石動(dòng)三軸試驗(yàn)系統(tǒng)是由動(dòng)力加壓裝置、巖石試樣試驗(yàn)倉(cāng)組合構(gòu)成：

所述的動(dòng)力加壓裝置包括連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、動(dòng)力加壓倉(cāng)體20，在動(dòng)力加壓倉(cāng)體20內(nèi)的中上部自下而上分別裝有底部活塞19、高強(qiáng)度彈簧組18、頂部活塞14，動(dòng)力加壓倉(cāng)體20內(nèi)的下部為儲(chǔ)水壓力倉(cāng)15；儲(chǔ)水壓力倉(cāng)15的下部分別與進(jìn)水管16、靜水壓管17相聯(lián)通；動(dòng)力加壓倉(cāng)體20內(nèi)的頂部活塞14與連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接；所述的連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由電動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)11、動(dòng)力連桿12、傳動(dòng)連桿13順序連接構(gòu)成，所述的傳動(dòng)連桿13與動(dòng)力加壓倉(cāng)體20內(nèi)的頂部活塞14的中心點(diǎn)連接。動(dòng)力連桿12長(zhǎng)度不宜超過(guò)5mm，電動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)11的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率可以根據(jù)試驗(yàn)要求靈活調(diào)節(jié)；動(dòng)力連桿12、傳動(dòng)連桿13的強(qiáng)度與最大動(dòng)壓值、儲(chǔ)水壓力倉(cāng)15直徑相匹配；儲(chǔ)水壓力倉(cāng)15的厚度、動(dòng)水壓管9的強(qiáng)度、靜水壓管17的強(qiáng)度相匹配，要求都能承受相應(yīng)的水壓作用；高強(qiáng)度彈簧組18的勁度系數(shù)與設(shè)備的動(dòng)壓幅值相匹配；在動(dòng)力循環(huán)過(guò)程中，高強(qiáng)度彈簧組18一直處于被壓縮狀態(tài)，其壓縮量的大小取決于動(dòng)力連桿12、傳動(dòng)連桿13的位置；高強(qiáng)度彈簧組18在彈性范圍內(nèi)的最大壓縮量是動(dòng)力連桿12的長(zhǎng)度的2.2倍以上。

所述的巖石試樣試驗(yàn)倉(cāng)包括帶有中心水壓孔的壓頭1、試樣倉(cāng)倉(cāng)體21、裝在試樣倉(cāng)倉(cāng)體21內(nèi)的橡膠皮套8、帶有中心水壓孔的底座10、壓力倉(cāng)排水排氣管2、承壓部件排水排氣管3、試驗(yàn)倉(cāng)進(jìn)水管7，試驗(yàn)倉(cāng)進(jìn)水管7安裝在試樣倉(cāng)倉(cāng)體21的底部，壓力倉(cāng)排水排氣管2安裝在試樣倉(cāng)倉(cāng)體21的頂部；試樣倉(cāng)倉(cāng)體21、膠皮套8的下部安裝在帶有水壓孔的底座10上；在橡膠皮套8內(nèi)自下而上分別裝有下部承壓部件4'、巖石試樣5、上部承壓部件4，壓頭1底端部直徑、底座10直徑、上部承壓部件4直徑、下部承壓部件4'直徑和橡膠皮套8的內(nèi)徑均相等，為50mm。壓頭1和底座10上的水壓孔均位于圓柱正中心；在裝有上部承壓部件4的中央位置的橡膠皮套8上套裝有上部試樣密封圈6，在裝有下部承壓部件4'的中央位置的橡膠皮套8上套裝有下部試樣密封圈6'；橡膠皮套8的長(zhǎng)度與巖石試樣5的高度、上部承壓部件4、下部承壓部件4'的高度相匹配，橡膠皮套8的長(zhǎng)度在140mm～150mm之間為宜。

在儲(chǔ)水壓力倉(cāng)15的底部連接有動(dòng)水壓管9，動(dòng)水壓管9分出兩支管：上支管、下支管，上支管與壓頭1內(nèi)的中心水壓孔聯(lián)通，下支管與底座10內(nèi)的中心水壓孔聯(lián)通。

由圖5所示的本發(fā)明采用的承壓部件立體示意圖并結(jié)合圖6、圖2看出，上部承壓部件4、下部承壓部件4'的高度為55mm，直徑為50mm，其中一端有均勻分布的7個(gè)完全相同的小圓柱鉆孔：中心圓柱鉆孔23、周邊圓柱鉆孔22，7個(gè)小圓柱鉆孔分別位于正六邊形的6個(gè)端點(diǎn)和中心上，小圓柱鉆孔的直徑為8mm，孔深為5mm；中心圓柱鉆孔23與6個(gè)周邊圓柱鉆孔22之間有1mm寬的連接深溝24連通，連接長(zhǎng)度為7mm。周邊圓柱鉆孔22與承壓部件排水排氣管3聯(lián)通；壓頭1穿過(guò)試樣倉(cāng)倉(cāng)體21頂部中央與裝在膠皮套8內(nèi)的上部承壓部件4連接；壓頭1的中心水壓孔與上部承壓部件4的中心圓柱鉆孔23相對(duì)應(yīng)，底座10的中心水壓孔與下部承壓部件4'的中心圓柱鉆孔23相對(duì)應(yīng)。

為避免試樣端部應(yīng)力集中問(wèn)題，根據(jù)圣維南原理，改進(jìn)承壓部件須滿足一下條件：

1)上部承壓部件4、下部承壓部件4'的高度≥55mm為宜；

2)上部承壓部件4、下部承壓部件4'的一端有均勻分布的圓孔，圓孔深度為5mm；

3)各圓孔之間用1mm×5mm的細(xì)槽連接；

4)承壓部件宜采用硬質(zhì)材料，其彈性模量大于200GPa為宜；

本發(fā)明一種新型的巖石動(dòng)三軸試驗(yàn)方法采用的試驗(yàn)步驟和計(jì)算方法為：

1)將巖石試樣5(Φ50mm×100mm)裝入橡膠皮套8的中央；

2)在巖石試樣5上下兩端分別裝入上部承壓部件4、下部承壓部件4'，上部承壓部件4、下部承壓部件4'的帶孔端朝外，用手?jǐn)D壓上部承壓部件4、下部承壓部件4'與巖石試樣5完全接觸；

3)將密封圈6套裝到橡膠皮套8上，密封圈6的位置位于上部承壓部件4、下部承壓部件4'的中央位置；

4)將3)步驟得到的組合體安裝到底座10上，要求組合體與底座10之間不能存在間隙；

5)通過(guò)軸向靜力加壓系統(tǒng)給巖石試樣5施加軸向靜力荷載，逐漸降低壓頭1，使壓頭1施加的軸向壓力作用于巖石試樣5，當(dāng)軸向壓力示數(shù)表出現(xiàn)數(shù)據(jù)時(shí)(證明壓頭1與巖石試樣5已經(jīng)接觸)，停止軸向加載；

6)給試樣倉(cāng)倉(cāng)體內(nèi)充試驗(yàn)壓縮油，并將試樣倉(cāng)倉(cāng)體21內(nèi)圍壓升高到預(yù)定值；

7)打開(kāi)進(jìn)水管16和承壓部件排水排氣管3上的閥門(mén)，讓儲(chǔ)水壓力倉(cāng)15以及動(dòng)水壓管9充滿水，當(dāng)承壓部件排水排氣管3滿孔排水時(shí)，依次關(guān)閉承壓部件排水排氣管3和進(jìn)水管16上的閥門(mén)；

8)利用靜水壓管17給儲(chǔ)水壓力倉(cāng)15施加水壓σ₃₀，然后關(guān)閉靜水壓管17上的閥門(mén)；

9)設(shè)置動(dòng)力加壓裝置的動(dòng)載振幅σ₃₁和振動(dòng)周期T，要求σ₃₁＜σ₃₀，并相應(yīng)調(diào)整電動(dòng)輸出機(jī)構(gòu)11的轉(zhuǎn)速；

10)啟動(dòng)軸向靜力加壓系統(tǒng)，逐漸增加軸向靜力荷載，直到巖石試樣5發(fā)生破壞，全程記錄巖石的靜力-動(dòng)力-應(yīng)變大小；任意時(shí)刻巖石試樣5受到的實(shí)際應(yīng)力大小為：

其中：

式中：σ_t——任意時(shí)刻巖石試樣5受到的軸向合應(yīng)力，單位MPa；

F₁——任意時(shí)刻壓頭1提供的壓力大小，單位N；

F₃——任意時(shí)刻動(dòng)水壓管9給巖石試樣5的壓力大小，單位N；

D——上部承壓部件4、下部承壓部件4'的直徑，單位mm；

σ₃₀——由靜水壓管17提供的靜水壓力，單位MPa；

σ₃₁——?jiǎng)虞d振幅，單位MPa；

T——轉(zhuǎn)動(dòng)周期，動(dòng)載頻率的倒數(shù)，單位s；

t——記錄時(shí)刻，單位s；

A——上部承壓部件4或下部承壓部件4'上的周邊圓柱鉆孔22、中心圓柱鉆孔23及連接深溝24的截面積總和，單位mm²；

11)依次卸載軸向靜力荷載、動(dòng)力荷載和圍壓；

12)清理試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)完畢。