CN104406841B - 一种变尺寸真三轴多功能试验系统 - Google Patents

Abstract

一种变尺寸真三轴多功能试验系统，包括上垂直加载系统、下垂直加载系统、水平加载系统、卸载装置、底座、立柱、顶板、上横梁和伺服电机。两根立柱分别穿过上横梁、上垂直加载系统的升降轮组和水平加载系统，并使上横梁位于两根立柱的上部；下垂直加载系统安装在底座的上，上垂直加载系统安装在上横梁上，水平加载系统套装在两根立柱上，卸载装置位于上垂直加载系统下方。本发明通过调节垂直加载系统的水平位置和垂直位置、配备不同尺寸的承压板以及安装卸载装置，能够进行岩石的剪切以及瞬态卸载力学试验，增加了传统真三轴试验系统的功能；可以进行多种尺寸范围岩石的真三轴力学试验，提高了试验效率。

Description

一种变尺寸真三轴多功能试验系统

技术领域

本发明涉及岩石力学试验设备技术领域，具体涉及一种变尺寸真三轴多功能试验系统。

背景技术

近年来，由于我国工程建设的快速发展，遇到的工程地质条件越来越复杂，地下工程向千米以上深部发展。工程塌方、突水和冲击地压等地质灾害越来越多，迫切需要对岩石在三向应力状态下的力学和工程性质进行深入地研究。真三轴力学试验是一种最全面的强度试验，它不仅是建立强度准则的重要资料，而且是检验准则的有效依据。名称为“伺服控制岩体真三轴试验装置”的发明专利(专利号：ZL201110155662.2)公开了一种伺服控制高应力岩体真三轴试验装置，可独立加载伺服控制获得岩体综合强度。名称为“一种高压真三轴测试系统”的发明专利(专利号：ZL201110141082.8)公开了一种采用多级轨道设计的高压真三轴测试系统。但在工程实践中，选择不同尺寸的试样进行试验时，其强度和变形差别较大。目前，国内外所做的岩石真三轴力学试验由于受到实验仪器的限制，无法有效地实现多种尺寸岩石试件在真三轴应力状态下的力学测试研究。同时，现有的真三轴试验系统虽然可以实现岩石试件的剪切试验，但操作较为复杂，试验设备的效率不高。此外，在中、高地应力条件下，大规模的岩体开挖还面临严峻的开挖卸荷效应控制难题，需要考虑岩体开挖荷载的瞬态特性，尤其是岩体瞬态卸荷松动机制等关键问题。而目前的室内试验中，现有的真三轴试验装置尚无法进行岩石的瞬态卸载试验。

针对现有真三轴试验系统无法简便有效地进行多种尺寸岩石试件的剪切及瞬态卸载力学试验的不足，完善现有的真三轴试验加载系统，使之能够实现不同尺寸岩石试件在三向荷载作用下的多种力学试验，不仅可以改善真三轴试验系统在研究应用上的局限性，同时能够增加现有真三轴试验加载系统的应用范围，提高试验设备的效率。

发明内容

为克服现有技术中存在的无法简便有效地进行多种尺寸岩石试件的剪切及瞬态卸载力学试验的不足，本发明提出了一种变尺寸真三轴多功能试验系统。

本发明包括上垂直加载系统、下垂直加载系统、水平加载系统、卸载装置、底座、立柱、顶板、上横梁和伺服电机。其中：所述两根立柱分别穿过上横梁、上垂直加载系统的升降轮组和水平加载系统，并使上横梁位于两根立柱的上部；所述下垂直加载系统中的下移动架安装在底座的上表面，上垂直加载系统中的上移动架安装在上横梁上。所述水平加载系统套装在两根立柱上。上千斤顶安装在上移动架的下表面，下千斤顶安装在下移动架的上表面，四个水平千斤顶分别安装在水平安装架的内表面；在所述各千斤顶的端头分别安装有承压板。伺服电机位于所述上横梁上表面的中部，该伺服电机的输出轴与上垂直加载系统的转轴之间通过履带连接。所述转轴亦位于所述上横梁长度方向中心线的一侧，并与所述两组升降轮组同侧。卸载装置位于上垂直加载系统下方，并通过卸载装置中的连接螺杆与上千斤顶连接。

所述上垂直加载系统包括水平传动机构、上千斤顶、上移动架、转轴、水平传动机构电机和两组升降轮组。所述两组升降轮组分别固定在所述上横梁上表面两端，并位于该上横梁长度方向中心线的一侧。所述转轴与水平传动机构电机的输出轴固连。所述水平传动机构电机安装在上横梁内部的安装槽内。所述上移动架中的竖直杆与传送带通过齿配合。所述上千斤顶安装在上移动架的下表面。

所述下垂直加载系统包括水平传动机构、下千斤顶、下移动架和水平传动机构电机。水平传动机构位于所述底座内部的安装槽内，并使水平传动机构中的传送带与下移动架上的移动架传动齿啮合；所述传送带的两端分别套装在传送带转轴上；所述传送带转轴与水平传动机构电机的输出轴固连。所述下移动架底部外表面有凸出的竖直杆，该竖直杆与传送带通过齿配合。所述下千斤顶位于所述下移动架内，并且两者之间过盈配合。

所述升降轮组包括主动齿轮、中间齿轮和被动齿轮。所述主动齿轮固定在所述上垂直加载系统的转轴上。所述中间齿轮由锥齿轮和圆柱齿轮组成，并且锥齿轮位于圆柱齿轮的一个端面上。所述中间齿轮的中心有与位于上横梁上表面两端的安装轴配合的轴孔，将该中间齿轮安装在所述安装轴上。所述被动齿轮被套装在立柱的螺纹段上。所述被动齿轮为有内齿和外齿的圆柱齿轮，并且该被动齿轮的内齿为螺纹齿，该被动齿轮的外齿为直齿，该直齿的方向与所述被动齿轮的轴线平行。所述被动齿轮被套装在立柱的螺纹段上。所述主动齿轮与中间齿轮的锥齿轮啮合，中间齿轮的圆柱齿轮与被动齿轮的外齿啮合，所述被动齿轮的内齿与立柱啮合。

所述水平加载系统包括水平安装架、水平千斤顶和承压板。所述水平安装架四个内表面均为水平千斤顶的安装面，使安装后的四个水平千斤顶的中心线处于同一水平面并相互垂直。在各千斤顶顶端通过螺纹连接的方式固定有承压板。

所述卸载装置包括传力框架、底盘、磁铁、卸载装置底座、张拉千斤顶、卡块、转块和轴杆。所述传力框架包括四根传力柱、方形顶板及位于所述顶板上表面的连接螺杆，通过该连接螺杆将卸载装置与上千斤顶螺纹连接。张拉千斤顶位于所述传力框架内，在该张拉千斤顶的上端和下端分别通过连接螺杆与传力框架和卡块连接；底盘安装在各传力柱的底端面；在每根传力柱下端分别有一个贯通传力柱两侧表面的轴杆安装孔和一个盲孔，所述轴杆安装孔的中心线与所述盲孔的中心线处于同一水平面并相互垂直。所述磁铁固定在底盘内。所述卸载装置底座通过磁铁的吸引作用使所述四根长方形立柱与四个转块贴合。所述四个转块均为方形块状，将各转块的一个角加工成为凹弧面。在各转块与所述凹弧面相对应的角有贯通该转块两侧表面的轴孔，四个轴杆以转动配合的方式水平安装在所述各轴孔内，并分别穿过传力框架的传力柱。所述各轴杆的中心线均与所述各传力柱的长度方向的中心线垂直。转块的宽度与传力框架相邻的传力柱之间的间距相同。

本发明通过调节垂直加载系统的水平位置和垂直位置、配备不同尺寸的承压板以及安装卸载装置，解决了多种尺寸岩石试件在三向荷载作用下的剪切以及瞬态卸载力学试验问题。采用本发明的变尺寸真三轴多功能试验系统，可以进行岩石的剪切以及瞬态卸载力学试验，增加了传统真三轴试验系统的功能；可以进行多种尺寸范围岩石的真三轴力学试验，大大提高了试验效率，节省测试的时间。而且本发明结构简单，操作简便，易于实现。

本发明在有关伺服刚性加压系统的作用下，通过调节上垂直加载系统的水平位置和垂直位置，以及下垂直加载系统水平方向的位置，进而改变上下承压板与试件的加载位置，从而实现试件在三向荷载作用下的剪切和压缩试验。同时可以通过更换不同尺寸的承压板，从而实现不同尺寸试件的真三轴加载试验。具体操作过程为：通过调节上垂直加载系统的垂直位置，同时选取承压板尺寸与试件尺寸匹配，实现三向荷载作用下的压缩试验；通过调节上垂直加载系统和下垂直加载系统水平方向的位置，使得上下承压板的加载面分别位于试件上下表面中心线的两侧，同时更换上下承压板尺寸为试件上下表面尺寸的1/2，侧向承压板尺寸与试件侧向表面尺寸匹配，实现三向荷载作用下试件的剪切试验。

进行卸载试验时，在上垂直加载系统与承压板之间安装卸载装置。在加载到设定载荷时，伺服加压系统通过张拉千斤顶驱动卡块向上移动，打破原有的卡块对四个转块的约束，导致四个转块沿轴杆发生了自由转动，而卸载装置底座在磁铁的作用下会迅速向上移动，导致承压板与试件即时分离，从而完成试件的瞬态卸载力学试验。

附图说明

图1为变尺寸真三轴多功能试验系统的主视图。

图2为变尺寸真三轴多功能试验系统的侧视图。

图3为变尺寸真三轴多功能试验系统的俯视图。

图4为上垂直加载系统的结构示意图。

图5为下垂直加载系统的结构示意图。

图6为水平传动机构的结构示意图。

图7为水平加载系统的结构示意图。

图8为承压板结构示意图。

图9为卸载装置的结构示意图，其中9a是剖视图，9b是轴测图。

图10为卸载装置卸载时的结构示意图，其中10a是剖视图，10b是轴测图。

图11为卸载装置的装配示意图。

图12为升降轮组的结构示意图，其中12a是主视图，12b是侧视图，12c是俯视图，12d是轴测图。

附图中：

1.底座；2.立柱；3.顶板；4.水平安装架；5.上横梁；6.下移动架；7.下千斤顶；8.承压板；9.水平千斤顶；10.上千斤顶；11.上移动架；12.手动转盘；13.伺服电机；14.转轴；15.试件；16.移动架传动齿；17.传送带转轴；18.传送带；19.滚珠；20.升降轮组；21.传力框架；22.底盘；23.磁铁；24.卸载装置底座；25.张拉千斤顶；26.卡块；27.转块；28.轴杆；29.铆钉；30.螺钉；31.主动齿轮；32.中间齿轮；33.被动齿轮；34.水平传动机构电机；35.卸载装置。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种变尺寸真三轴多功能试验系统，通过调节垂直加载系统的水平位置和垂直位置、配备不同尺寸的承压板以及安装卸载装置，来实现多种尺寸岩石试件在三向荷载作用下的加卸载力学性质测试，以解决现有技术中的真三轴试验系统无法有效地进行多种尺寸岩石试件的剪切以及瞬态卸载力学试验问题。

本实施例是一种变尺寸真三轴多功能试验系统，包括上垂直加载系统、下垂直加载系统、水平加载系统、卸载装置35、底座1、立柱2、顶板3、上横梁5和伺服电机13。其中：所述两根立柱2分别穿过上横梁5、上垂直加载系统的升降轮组20和水平加载系统，并使上横梁5位于两根立柱2的上部；所述上横梁5与该立柱2之间间隙配合。各立柱2的底端固定在底座1的上表面，各立柱2的顶端与所述顶板3固定连接。所述下垂直加载系统中的下移动架6安装在底座1的上表面，上垂直加载系统中的上移动架11安装在上横梁5上。所述水平加载系统套装在两根立柱2上，能够同时从四个方向对试件15进行水平加载。上千斤顶10安装在上移动架11的下表面，下千斤顶7安装在下移动架6的上表面，四个水平千斤顶9分别安装在水平安装架4的内表面；在所述各千斤顶的端头分别安装有承压板8。使用时，试件15位于所述上千斤顶10、下千斤顶7和四个水平千斤顶9之间，通过各千斤顶从六个方向分别对试件15加压。

卸载装置35位于上垂直加载系统下方，并通过卸载装置中的连接螺杆与上千斤顶10连接。

所述试件15置于下千斤顶7所连接的承压板8的上表面中心处，通过调整该承压板8的高度，使所述试件15处于水平加载系统的中心，从而实现一对水平加载系统对试件15的水平加载。

所述上垂直加载系统包括水平传动机构、上千斤顶10、承压板8、上移动架11、手动转盘12、转轴14、水平传动机构电机34和两组升降轮组20。所述两组升降轮组20分别固定在上横梁5上表面两端，并位于该上横梁长度方向中心线的一侧。伺服电机13位于所述上横梁5上表面的中部，该伺服电机13的输出轴与转轴14之间通过履带连接，当伺服电机13工作时，该伺服电机13的输出轴带动转轴14转动，进而带动升降轮组20沿立柱2垂直移动，从而驱动上横梁5沿立柱2垂直移动。手动转盘12位于一侧升降轮组20的外侧表面，并与所述转轴14的端头固定连接，通过手动转盘12能够实现对转轴14的手动调节。所述转轴14亦位于所述上横梁长度方向中心线的一侧，并与所述两组升降轮组同侧。水平传动机构位于所述上横梁5内部的安装槽内，并使水平传动机构中的传送带18与上移动架11上的移动架传动齿16啮合；所述传送带18的两端分别套装在传送带转轴17上；所述传送带转轴17与水平传动机构电机34的输出轴固连。所述水平传动机构电机34安装在上横梁5内部的安装槽内。工作时，通过所述水平传动机构电机34带动传送带18做水平转动，带动上移动架11水平移动。

上移动架11是由“T”形的支架和上顶板组成的“工”字形结构件。所述支架的水平板位于上横梁5下表面的移动槽内，所述支架的竖直杆位于上横梁5内部的安装槽内，该竖直杆与传送带18配合处的外表面为平面，并且在该平面上加工有与所述传送带18配合的齿。上移动架11中的上顶板为圆形板件，位于上横梁5上表面的移动槽内，并与所述支架竖直杆的上端面螺纹连接成整体。在所述上顶板下表面有滚珠安装槽，使上顶板下表面与上横梁5上表面的移动槽上表面之间通过滚珠19配合。所述上千斤顶10安装在上移动架11的下表面。

升降轮组20包括主动齿轮31、中间齿轮32和被动齿轮33。所述主动齿轮31固定在转轴14上，该主动齿轮两端的端面均垂直于所述转轴14的圆周表面。所述中间齿轮32由锥齿轮和圆柱齿轮组成，并且锥齿轮位于圆柱齿轮的一个端面上。所述中间齿轮32的中心有与位于上横梁5上表面两端的安装轴配合的轴孔，将该中间齿轮安装在所述安装轴上。所述被动齿轮33为有内齿和外齿的圆柱齿轮，并且该被动齿轮的内齿为螺纹齿，该被动齿轮的外齿为直齿，该直齿的方向与所述被动齿轮的轴线平行。所述被动齿轮33被套装在立柱2的螺纹段上。所述主动齿轮31与中间齿轮32的锥齿轮啮合，中间齿轮32的圆柱齿轮与被动齿轮33的外齿啮合，所述被动齿轮33的内齿与立柱2啮合。当伺服电机13工作时，该伺服电机13的输出轴带动转轴14转动，进而带动主动齿轮31转动，进而带动中间齿轮32转动，进而带动被动齿轮33沿立柱2垂直移动，从而带动上横梁5沿立柱2垂直移动。

所述下垂直加载系统包括水平传动机构、下千斤顶7、承压板8、下移动架6和水平传动机构电机34。所述下千斤顶7与承压板8连接。水平传动机构位于所述底座1内部的安装槽内，并使水平传动机构中的传送带18与下移动架6上的移动架传动齿16啮合；所述传送带18的两端分别套装在传送带转轴17上；所述传送带转轴17与水平传动机构电机34的输出轴固连。所述水平传动机构电机34安装在底座1内部的安装槽内。工作时，通过所述水平传动机构电机34带动传送带18做水平转动，带动下移动架6的水平移动。

所述下移动架6为一端开口的“U”形框形件，所述“U”形框内表面之间的间距与下千斤顶7的外径相同，并使所述下千斤顶7装入该下移动架6内后，两者之间过盈配合。在所述下移动架6“U”形框底的外表面有凸出的竖直杆，该竖直杆位于底座1内部的安装槽内，并且该竖直杆与传送带18配合处的外表面为平面，在该平面上加工有与所述传送带18配合的齿。

所述水平加载系统包括水平安装架4、水平千斤顶9和承压板8。所述的水平安装架4为框形件，该水平安装架框架的形状在满足安装要求的前提下，可以为四方形或多边形，所述水平安装架4四个内表面均为水平千斤顶9的安装面，使安装后的四个水平千斤顶9的中心线处于同一水平面并相互垂直。

四个水平千斤顶9分别安装在水平安装架4内的四个安装面上；在各千斤顶顶端通过螺纹连接的方式固定有承压板8。

所述卸载装置包括传力框架21、底盘22、磁铁23、卸载装置底座24、张拉千斤顶25、卡块26、转块27、轴杆28、铆钉29和螺钉30。

所述传力框架21为卸载装置的主体，为框架结构，包括四根横截面为“L”形的传力柱、方形顶板及位于所述顶板上表面的连接螺杆，通过该连接螺杆将卸载装置35与上千斤顶10螺纹连接。张拉千斤顶25位于所述传力框架内，在该张拉千斤顶的上端面中心和下端面中心分别有连接螺杆。所述张拉千斤顶25上端的连接螺杆安装在传力框架21下表面几何中心处的盲孔内，下端的连接螺杆安装在卡块26上表面几何中心处的盲孔内。每根传力柱的底面分布有两个螺孔，用于固定安装底盘22；在每根传力柱下端分别有一个贯通传力柱两侧表面的轴杆安装孔。在每根传力柱下端还分别有一个盲孔，并且轴杆安装孔的中心线与所述盲孔的中心线处于同一水平面并相互垂直。

所述卡块26为阶梯状的方形块，该卡块的外形尺寸与传力框架21内框的尺寸相同，在该卡块上表面的几何中心有凸出的方形块体，在所述凸出的方形块体的几何中心有内螺纹的盲孔，用于安装张拉千斤下端的连接螺杆。所述卡块26的下端的四个侧表面均为斜面，使该卡块的下端形成楔形，以方便卡块与位于传力框架内的各转块之间的配合。

所述四个转块27均为方形块状，将各转块的一个角加工成为凹弧面，以减小该转块的应力集中。在各转块与所述凹弧面相对应的角有贯通该转块两侧表面的轴孔，四个轴杆28以转动配合的方式水平安装在所述各轴孔内，并分别穿过传力框架的传力柱后通过铆钉29定位。所述各轴杆的中心线均与所述各传力柱的长度方向的中心线垂直。转块27的宽度与传力框架21相邻的传力柱之间的间距相同。

装配时，将各轴杆28分别装入一个传力柱的通孔中，使所述轴杆的一端穿过该通孔进入转块的通孔中，继而穿出该转块通孔后插入相邻的传力柱的盲孔中；用铆钉将该轴杆入口的孔口封堵，实现对所述各轴杆的定位。按此方法，依次将四个轴杆分别与四个转块和四个传力柱连接。四个转块27的侧面与卡块中部侧表面贴合。

所述底盘22为方形环，该底盘的外边长与传力框架21的外边长相同，该底盘的内边长与传力框架21的内边长相同。该底盘的四个角的内表面和外表面均为弧面，在该底盘四个角的弧面处的上下表面分别有贯通的两个螺孔，并且该螺孔的位置与位于传力柱下表面的两个螺孔的位置相对应，以将底盘与所述传力柱固连。所述磁铁23固定在底盘22内。

所述卸载装置底座24包括方形板和四根长方形立柱组成，所述四根立柱分别位于方形板上表面的四个边的中部，所述四根立柱内表面构成的内切圆的直径大于底盘外边长。

所述卸载装置底座24通过磁铁23的吸引作用使所述四根长方形立柱与四个转块27贴合。所述方形底板的底面中心有螺纹凹槽，与承压板8螺纹连接。所述传力框架21上部连接螺杆的直径与所述卸载装置底座24底面中心的螺纹凹槽内径相同。

卸载装置35的工作原理是：所述卸载装置35通过与上千顶10螺纹连接固定于上垂直加载系统。卸载试验时，伺服加压系统通过张拉千斤顶25驱动卡块26向上移动，卡块26与四个转块27瞬间脱离，导致四个转块27沿轴杆28发生自由转动。所述卸载装置底座24在磁铁23的吸引作用下向上移动，导致承压板与试件15分离，从而完成瞬态卸载。

本发明的工作过程是：

在有关伺服刚性加压系统的作用下，通过调节上垂直加载系统的水平位置和垂直位置，以及下垂直加载系统水平方向的位置，进而改变上下承压板8与试件15的加载位置，从而实现试件15在三向荷载作用下的剪切和压缩试验。同时可以通过更换不同尺寸的承压板8，从而实现多种尺寸试件15的真三轴加载试验。具体操作过程为：通过调节上垂直加载系统的垂直位置，同时选取承压板8尺寸与试件15尺寸匹配，实现三向荷载作用下的压缩试验；通过调节上垂直加载系统和下垂直加载系统水平方向的位置，使得上下承压板8的加载面分别位于试件15上下表面中心线的两侧，同时更换上下承压板8尺寸为试件15上下表面尺寸的1/2，侧向承压板8尺寸与试件15侧向表面尺寸匹配，实现三向荷载作用下试件的剪切试验。

进行卸载试验时，在上千斤顶10与承压板8之间安装卸载装置35。在加载到设定载荷时，伺服加压系统通过张拉千斤顶25驱动卡块26向上移动，打破原有的卡块26对四个转块27的约束，导致四个转块27沿轴杆28发生了自由转动，而卸载装置底座24在磁铁23的作用下会迅速向上移动，导致承压板8与试件15即时分离，从而完成试件的瞬态卸载力学试验。

Claims (8)

1.一种变尺寸真三轴多功能试验系统，其特征在于，包括上垂直加载系统、下垂直加载系统、水平加载系统、卸载装置(35)、底座(1)、两根立柱(2)、上横梁(5)和伺服电机(13)；其中：所述两根立柱分别穿过上横梁(5)、上垂直加载系统的两组升降轮组(20)和水平加载系统，并使上横梁位于两根立柱(2)的上部；所述下垂直加载系统中的下移动架(6)安装在底座(1)的上表面，上垂直加载系统中的上移动架(11)安装在上横梁上；所述水平加载系统套装在两根立柱上；上千斤顶(10)安装在上移动架的下表面，下千斤顶(7)安装在下移动架(6)的上表面，四个水平千斤顶(9)分别安装在水平安装架(4)的内表面；所述水平安装架位于所述上千斤顶与下千斤顶之间，并套装在两根立柱上；在所述各千斤顶的端头分别安装有承压板(8)；伺服电机(13)位于所述上横梁上表面的中部，该伺服电机的输出轴与上垂直加载系统的转轴(14)之间通过履带连接；所述转轴位于所述上横梁长度方向中心线的一侧，并与所述两组升降轮组同侧；卸载装置(35)位于上垂直加载系统下方，并通过卸载装置中的连接螺杆与上千斤顶(10)连接。

2.如权利要求1所述变尺寸真三轴多功能试验系统，其特征在于，所述上垂直加载系统包括水平传动机构、上千斤顶(10)、上移动架(11)、转轴(14)、水平传动机构电机(34)和两组升降轮组(20)；所述两组升降轮组(20)分别固定在所述上横梁(5)上表面两端，并位于该上横梁长度方向中心线的一侧；所述水平传动机构位于所述上横梁5内部的安装槽内，并使水平传动机构中的传送带(18)与上移动架(11)上的移动架传动齿(16)啮合；所述传送带(18)的两端分别套装在传送带转轴(17)上；所述传送带转轴(17)与水平传动机构电机(34)的输出轴固连；所述水平传动机构电机(34)安装在上横梁(5)内部的安装槽内。

3.如权利要求1所述变尺寸真三轴多功能试验系统，其特征在于，所述下垂直加载系统包括水平传动机构、下千斤顶(7)、下移动架(6)和水平传动机构电机(34)；所述水平传动机构位于所述底座(1)内部的安装槽内，并使水平传动机构中的传送带(18)与下移动架(6)上的移动架传动齿(16)啮合；所述传送带(18)的两端分别套装在传送带转轴(17)上；所述传送带转轴(17)与水平传动机构电机(34)的输出轴固连；所述下千斤顶(7)位于所述下移动架(6)内，并且两者之间过盈配合；所述水平传动机构电机(34)安装在底座(1)内部的安装槽内。

4.如权利要求1所述变尺寸真三轴多功能试验系统，其特征在于，升降轮组(20)包括主动齿轮(31)、中间齿轮(32)和被动齿轮(33)；所述主动齿轮(31)固定在所述上垂直加载系统的转轴(14)上；所述中间齿轮(32)由锥齿轮和圆柱齿轮组成，并且锥齿轮位于圆柱齿轮的一个端面上；所述中间齿轮(32)的中心有与位于上横梁(5)上表面两端的安装轴配合的轴孔，将该中间齿轮安装在所述安装轴上；所述被动齿轮(33)被套装在立柱(2)的螺纹段上。

5.如权利要求4所述变尺寸真三轴多功能试验系统，其特征在于，所述被动齿轮(33)为有内齿和外齿的圆柱齿轮，并且该被动齿轮的内齿为螺纹齿，该被动齿轮的外齿为直齿，该直齿的方向与所述被动齿轮的轴线平行；所述被动齿轮被套装在立柱(2)的螺纹段上；所述主动齿轮(31)与中间齿轮的锥齿轮啮合，中间齿轮(32)的圆柱齿轮与被动齿轮(33)的外齿啮合，所述被动齿轮的内齿与立柱啮合。

6.如权利要求1所述变尺寸真三轴多功能试验系统，其特征在于，所述水平加载系统包括水平安装架(4)、水平千斤顶(9)和承压板(8)；所述水平安装架(4)四个内表面均为水平千斤顶的安装面，使安装后的四个水平千斤顶的中心线处于同一水平面并相互垂直；在各千斤顶顶端通过螺纹连接的方式固定有承压板(8)。

7.如权利要求1所述变尺寸真三轴多功能试验系统，其特征在于，所述卸载装置(35)包括传力框架(21)、底盘(22)、磁铁(23)、卸载装置底座(24)、张拉千斤顶(25)、卡块(26)、转块(27)和轴杆(28)；所述传力框架(21)包括四根传力柱、方形顶板及位于所述顶板上表面的连接螺杆，通过该连接螺杆将卸载装置(35)与上千斤顶(10)螺纹连接；张拉千斤顶(25)位于所述传力框架内，在该张拉千斤顶的上端和下端分别通过连接螺杆与传力框架(21)和卡块(26)连接；底盘(22)安装在各传力柱的底端面；在每根传力柱下端分别有一个贯通传力柱两侧表面的轴杆安装孔和一个盲孔，所述轴杆安装孔的中心线与所述盲孔的中心线处于同一水平面并相互垂直；所述磁铁(23)固定在底盘(22)内；所述卸载装置底座(24)通过磁铁(23)的吸引作用与四个转块(27)贴合。

8.如权利要求7所述变尺寸真三轴多功能试验系统，其特征在于，所述四个转块(27)均为方形块状，将各转块的一个角加工成为凹弧面；在各转块与所述凹弧面相对应的角有贯通该转块两侧表面的轴孔，四个轴杆(28)以转动配合的方式水平安装在所述各轴孔内，并分别穿过传力框架的传力柱；所述各轴杆的中心线均与所述各传力柱的长度方向的中心线垂直；转块(27)的宽度与传力框架(21)相邻的传力柱之间的间距相同。