CN111189724B - 大型动力冲击三维地质力学模型试验系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型动力冲击三维地质力学模型试验系统及其控制方法。该系统包括三维地质力学模型试验箱、钢构加载反力架和动力冲击加载系统，钢构加载反力架底部连接有三维地质力学模型试验箱，三维地质力学模型试验箱上部设置有能够上下移动的动力冲击加载系统，动力冲击加载系统能够砸向三维地质力学模型试验箱。本发明大型动力冲击三维地质力学模型试验系统能够进行冲击加载以及三维动力加载，真实的对实际工程中的动力破坏或冲击破坏进行模拟。

Description

大型动力冲击三维地质力学模型试验系统及其控制方法

技术领域：

本发明涉及岩土体三维地质力学模型试验系统，特别涉及一种大型动力冲击三维地质力学模型试验系统及其控制方法。

背景技术：

随我国地下岩土体隧洞及山岭隧道的建设数量正在逐年上升，岩土体隧洞在建设过程中具有隐蔽性、不可视性，当其建设过程中出现工程问题时，往往会造成巨大的人员伤亡和经济损失。故此，对于岩土体隧道建设过程中的工程问题，许多学者进行了大量的相关研究。三维地质力学模型试验具有直观、真实、形象的特点，可以更加真实的模拟实际现场工程问题，是解决大型岩土体工程问题的有效方法之一，该方法为广大学者所使用。

国内外对于三维地质力学模型试验的相关研究已取得了很大的成就，但现有的三维地质力学模型试验系统多为一维、二维静力加载，现有的三维地质力学模型试验系统加载装置也多为同步顶升千斤顶，存在着加载精度较低，长期加载不稳定等问题。再者，现有的大型试验系统体型较大，移动困难，操作繁琐，且在加载时各面板之间的摩阻力难以忽略不计。实际工程多为动力破坏或冲击破坏，现有的三维地质力学模型试验系统大多不能进行冲击加载以及三维动力加载，难以真实的对实际工程中的动力破坏或冲击破坏进行模拟。

发明内容：

发明目的：

本发明提供了一种大型动力冲击三维地质力学模型试验系统，能够解决三维地质力学模型试验的现有问题。

技术方案：

一种大型动力冲击三维地质力学模型试验系统，该系统包括三维地质力学模型试验箱、钢构加载反力架和动力冲击加载系统，钢构加载反力架底部连接有三维地质力学模型试验箱，三维地质力学模型试验箱上部设置有能够上下移动的动力冲击加载系统，动力冲击加载系统能够砸向三维地质力学模型试验箱。

三维地质力学模型试验箱包括底板、前后格栅面板和侧面格栅面板，前后格栅面板和侧面格栅面板与底板形成一个上开口的方箱型结构，三维地质力学模型试验箱通过底板与钢构加载反力架底部连接，在前后格栅面板的中间部位设置有开挖孔，开挖孔处设置有拆卸格栅面板，侧面格栅面板与前后格栅面板之间设置有伸缩缝，伸缩缝的宽度决定了前后格栅面板的最大滑行距离。

拆卸格栅面板构成的开挖孔半径为50mm-200mm。

底板上设置有底板导向槽，前后格栅面板和侧面格栅面板底端设置有滑动装置，滑动装置为能够在底板导向槽内移动的结构。

滑动装置包含滚针轴承、轴承承载支架和中轴钢柱，滚针轴承套在中轴钢柱上，中轴钢柱通过轴承承载支架与前后格栅面板或者侧面格栅面板底端连接，滚针轴承能在底板导向槽内移动。

动力冲击加载系统包括冲击加载装置、加载牵引装置和测量装置，加载牵引装置包括牵引电机，牵引电机设置在钢构加载反力架顶部，牵引电机通过牵引钢绞线与冲击加载装置连接，测量装置连接在冲击加载装置和加载牵引装置上。

冲击加载装置包括刚性加载箱和配重块，配重块连接在刚性加载箱上，刚性加载箱上设置有空气阻力消减孔，刚性加载箱上两端设置有测量装置和电磁铁，电磁铁包括第一电磁铁和第二电磁铁，第一电磁铁设置在牵引钢绞线的末端，第二电磁铁镶嵌在刚性加载箱上。

无线传输监测系统由无线传输模块、外设模块、数据自动采集模块及电脑终端构成，测量装置连接外设模块，外设模块连接数据自动采集模块，数据自动采集模块将数据通过无线传输模块传输至电脑终端。

钢构加载反力架为三维加载反力架，其包括轴向Z方向加载反力架、水平向X方向加载反力架、水平向Y方向加载反力架以及轴向加载导向柱，轴向加载导向柱设置有第一电液伺服加载系统，X方向加载反力架设置有第二电液伺服加载系统，Y方向加载反力架设置有第三电液伺服加载系统，Z方向加载反力架、X方向加载反力架和Y方向加载反力架构成完整的三维加载反力架。

大型动力冲击三维地质力学模型试验系统的控制方法，

步骤1：将大型动力冲击三维地质力学模型试验系统安装好；

步骤2：根据现场工程地质资料，得到现场岩土体的工程地质力学参数；

步骤3：对试验所用传感器进行标定和试用，保证传感器的灵敏度及可用性；

步骤4：依据相似原理，经过反复比选调配，确定出与现场岩土体力学参数相同的相似材料，按照正交试验作正交试验表，将相似材料，制成标准试件、小环刀试件与大环刀试件；

步骤5：将上述步骤4中的试件进行基本力学性能的测试，得到主控力学参数，将所得力学参数与现岩土体力学参数进行比对，如果力学参数相同则相似材料研制成功，否则重调配比重复步骤4，直至力学参数符合要求；

步骤6：由步骤5得到符合要求的相似材料配比后，将该配比的相似材料进行大量制作，并按照分层控制质量的原则将相似材料装填到三维地质力学模型试验箱中，进行三维地质力学模型的制作；

步骤7：当模型制作到一定的高度时，在模型内布置步骤3中标定好的传感器，直至模型制作完成；

步骤8：按照相应的规程规范，对模型进行养护；

步骤9：当步骤8完成时，依据工程现场资料对冲击试验的冲击量进行计算，通过调整配重块的数量来调整冲击加载装置的质量，通过调整冲击加载装置的下落高度来调整冲击时的速度，并由此来设置冲击量的大小；计算出配重块的数量和冲击加载装置下落高度，并将配重块固定在冲击加载装置上；

步骤10：当步骤9完成时，将无线传输监测系统与测量装置相连接，并调试相应参数并启动监测。

步骤11：按照预设围压值，利用四周安装的电液伺服加载系统对隧道模型施加围压；

步骤12：将牵引钢绞线中部的第一电磁铁与冲击加载装置上的第二电磁铁相对应，并由电脑终端控制电磁铁开关，并检查电磁铁是否准确对应并相互吸引；

步骤13：步骤12完成后，由电脑终端打开测量装置和牵引电机控制开关，使牵引电机缓慢匀速的将冲击加载装置提升至步骤9中的预定高度，关闭牵引电机；

步骤14：步骤13完成后，由电脑终端同时关闭电磁铁控制开关，冲击加载装置瞬间降落，对三维地质力学模型试验箱内的模型进行冲击加载；

步骤15：步骤14完成的同时，通过采集到的数据自动采集模块采集监测，并通过无线传输模块将数据进行远程无线传输到电脑终端，并达到数据无线共享；

步骤16：步骤15完成后，一次完整的大型三维地质力学模型动力冲击试验结束，如若进行多次动力冲击试验可重复进行步骤1～步骤15。

优点效果：(1)大型动力冲击三维地质力学模型试验系统中，三维地质力学模型试验箱箱体采用格栅面板拼接形式，在保证具有足够试验需求强度的同时，拆卸、组装方便简单；前后格栅面板、两侧格栅面板与底板在试验塑模时可形成完整的密封箱体，当试验加载时前后格栅面板、两侧格栅面板与底板又相互独立，且前后面板与两侧面板在底板上可自由移动，便于试验加载。

(2)大型动力冲击三维地质力学模型试验系统中，加载形式分为两种：第一种形式为三维静力加载，且加载方式均采用电液伺服加载系统，电液伺服加载具有加载精度高、压力稳定、可控性高等特点。第二种加载形式为围压采用电液伺服加载系统进行加载，竖向加载采用动力冲击加载系统进行动力冲击加载，可用来研究岩土体工程在冲击荷载下的相关问题。

(3)大型动力冲击三维地质力学模型试验系统中，无线传输监测系统通过传感器对工程进行监测，传感器与数据自动采集模块进行连接，采集模块采集到的数据通过一定的传输协议由无线传输模块发送端进行无线发送，电脑终端的无线接收端将数据接收打包储存数据库中，并借用互联网实现数据的无线远程共享。

附图说明

为了更加详细的阐述本发明的创新或现有技术中的技术方案，将对发明创新或现有技术描述中所需附图进行描述介绍。

图1为大型动力冲击三维地质力学模型的整体结构正视图；

图2为底板螺栓孔位及底板导向槽示意图；

图3为三维地质力学模型试验箱正视图；

图4为三维地质力学模型试验箱侧视图；

图5为格栅面板平面图；

图6为底板滑动装置结构示意图；

图7为底板滑动装置结构侧视图；

图8本动力冲击加载系统示意图；

图9为冲击加载装置俯视图；

图10为钢构加载反力架三维简图；

图11为无线传输监测系统示意图；

图中标注：1.三维地质力学模型试验箱，2.钢构加载反力架，3.动力冲击加载系统，101.底板，102.前后格栅面板，103.侧面格栅面板，104.拆卸格栅面板，105.底板导向槽，106.伸缩缝，107.滑动装置，108.滚针轴承，109.轴承承载支架，110.轴承中轴钢柱，201.Z方向加载反力架，202.X方向加载反力架，203.Y方向加载反力架，204.轴向加载导向柱，205.第一电液伺服加载系统，206.第二电液伺服加载系统，207.第三电液伺服加载系统，301.定位导向柱，302.冲击加载装置，303.加载牵引装置，304.直线滑动轴承，305.测量装置，306.刚性加载箱，307.配重块，308.空气阻力消减孔，309.固定螺栓，310.牵引电机，311.牵引钢绞线，312.电磁铁，312-1.第一电磁铁，312-2.第二电磁铁，313.磁电式速度传感器，314.加速度计，315.位移传感器，401.无线传输模块，402.外设模块，403.数据自动采集模块，404.电脑终端。

具体实施方式

结合附图详细的说明此发明。

如图1所示，一种大型动力冲击三维地质力学模型试验系统，该系统包括三维地质力学模型试验箱1、钢构加载反力架2和动力冲击加载系统3，钢构加载反力架2底部连接有三维地质力学模型试验箱1，三维地质力学模型试验箱1上部设置有能够上下移动的动力冲击加载系统3，动力冲击加载系统3能够砸向三维地质力学模型试验箱1。

该系统还包括无线传输监测系统，无线传输监测系统能监测三维地质力学模型试验箱1和动力冲击加载系统3上产生数据。

如图2-图5所示，三维地质力学模型试验箱1包括底板101、前后格栅面板102和侧面格栅面板103，前后格栅面板102和侧面格栅面板103与底板101形成一个上方开口的方箱型结构，三维地质力学模型试验箱1通过底板101与钢构加载反力架2底部连接，在前后格栅面板102的中间部位设置有开挖孔，开挖孔处设置有拆卸格栅面板104，前后格栅面板102包括前面和后面的格栅面板，侧面格栅面板103包括两侧的格栅面板，实验过程中，可以取下前后两个前后格栅面板102的拆卸格栅面板104构成开挖孔，方便模型试验的隧道开挖，拆卸格栅面板104与前后格栅面板102之间通过高强螺栓连接。

当制作模型时，将侧面格栅面板103与前后格栅面板102分别与底板101用螺栓固定，使底部的滑动装置107与底板导向槽105相对应；当施加加载时，取下螺栓，此时侧面格栅面板103与前后格栅面板102能够受力在底板导向槽105内移动。

拆卸格栅面板104的可拆卸是指拧下高强螺栓，取下拆卸格栅面板104，实现的可拆卸，在模型试验塑模过程中试验箱必须是一个完整的箱体，当隧道开挖时又必须有开挖孔，所以此处的可拆卸体现在试验过程中的可拆卸。

如图2所示，底板101分为3块，便于安装使用；如图3和图5所示，前后两个前后格栅面板102结构一致，共由18块单独的格栅面板组成，包含九种格栅形式A-I；如图4和图5所示，两个侧面格栅面板103结构一致，侧面格栅面板共由6块单独的格栅面板组成，包含三种格栅形式J-L；各单独的格栅面板之间、前后格栅面板102或侧面格栅面板103与底板之间以及前后格栅面板102与侧面格栅面板103之间，均使用高强螺栓进行连接，形成上端开口式模型试验箱。

如图4所示，侧面格栅面板103与前后格栅面板102之间设置有伸缩缝106，当进行加载时，伸缩缝106的宽度决定了前后格栅面板102的最大滑行距离。实验过程中可以使用与伸缩缝106相匹配的均质木板对伸缩缝进行填堵，以保证模型试验箱的密闭性。当进行加载时，将该木板拆除，则伸缩缝106可使四个方向的面板进行自由移动。

模型试验要满足平面应变原则，拆卸格栅面板104构成的开挖孔半径为50mm-200mm。

如图2-图7所示，底板101上设置有底板导向槽105，前后格栅面板102和侧面格栅面板103底端设置有滑动装置107，滑动装置107为能够在底板导向槽105内移动的结构。

如图6-图7所示，滑动装置107包含滚针轴承108、轴承承载支架109和中轴钢柱110，滚针轴承108套在中轴钢柱110上，中轴钢柱110通过轴承承载支架109与前后格栅面板102或者侧面格栅面板103底端连接，滚针轴承108能在底板导向槽105内移动。具体为在如图所示的A、B、C和L面板底部设置有滑动装置107，滚针轴承108设置为多个，滚针轴承108设置的实际数量由面板的宽度决定，滑动装置使前后格栅面板102和侧面格栅面板103在底板导向槽105内可自由滑动。

底板101上设置有如图2所示的螺栓孔。

如图8所示，动力冲击加载系统3包括冲击加载装置302、加载牵引装置303和测量装置305，加载牵引装置303包括牵引电机310，该牵引装置可以调节牵引高度，以达到控制冲击速度的目的，用以完成不同的试验要求。牵引电机310设置在钢构加载反力架2顶部，牵引电机310通过牵引钢绞线311与冲击加载装置302连接，测量装置305连接在冲击加载装置302和加载牵引装置303上，测量装置305并与无线传输监测系统4连接。

动力冲击加载系统3还包括定位导向柱301，定位导向柱301固定设置在底板101上，定位导向柱301上设置有直线滑动轴承304与冲击加载装置302连接，直线滑动轴承304能够限制冲击加载装置302的下落方向，并由于是轴承设置，故可以忽略冲击加载装置302与定位导向柱301之间产生的摩擦。动力冲击加载系统3可以实现完整的自动化动力冲击过程。

牵引电机310能够缠卷和放卷牵引钢绞线311，属于现有技术。

如图8和图9所示，冲击加载装置302包括刚性加载箱306和配重块307，配重块307通过固定螺栓309连接在刚性加载箱306上，刚性加载箱306上均匀设置有空气阻力消减孔308，空气阻力消减孔308用于减小冲击加载装置302下落时的空气阻力，刚性加载箱306上两端设置有测量装置305和电磁铁312，冲击加载装置302可以通过配重块307配重，以达到不同的试验目的。

电磁铁312包括第一电磁铁312-1和第二电磁铁312-2，第一电磁铁312-1设置在牵引钢绞线311的末端，第二电磁铁312-2镶嵌在刚性加载箱306上。电磁铁312为高灵敏电磁铁，最大吸引力为2t。

牵引电机310能够缠卷和放卷牵引钢绞线311，属于现有技术。牵引电机310能够卷入牵引钢绞线311上端至中部的第一电磁铁312-1这段的牵引钢绞线311。在刚性加载箱306的四个角设置电磁铁吸引区域，并将第二电磁铁312-2与牵引钢绞线311相连，同过牵引电机310可使冲击加载装置302进行上下移动，通过控制台的开关按钮对电磁铁312进行控制，使冲击加载装置302从一定的高度自由降落，从而完成试验的冲击过程。

在刚性加载箱306上预留螺栓孔309，可以将配重块307固定在刚性加载箱306上，通过调节配重块307的质量来调节冲击加载装置302的质量。

定位导向柱301轴向贯穿刚性加载箱306的四个角，使冲击加载装置302严格按照轴向进行上下滑动，在冲击加载装置302和定位导向柱301之间安装直线滑动轴承，可最大限度的减小动力冲击加载装置302与定位导向柱301之间的滑动摩擦。

测量装置305包括磁电式速度传感器313、加速度计314和位移传感器315，磁电式速度传感器313和加速度计314设置在刚性加载箱306上，位移传感器315设置在第一电磁铁312-1上，测量装置305与无线传输监测系统4连接，测量装置构成305可对冲击加载装置的瞬时速度、瞬时加速度及位移进行精准测量。

在刚性加载箱306的四个角点沿对角线方向分别安置四个磁电式速度传感器313、四个加速度计314、四个位移传感器315，用来测量冲击加载装置与试验体接触时的速度、加速度以及位移参数。

如图11所示，无线传输监测系统4由无线传输模块401、外设模块402、数据自动采集模块403及电脑终端404构成，组成具有数据自动化采集、无线传输、数据共享等功能的综合监测系统。测量装置305连接外设模块402，外设模块402连接数据自动采集模块403，数据自动采集模块403将数据通过无线传输模块401传输至电脑终端404。

测量装置305对工程数据进行采集，通过基于物联网的数据收发模块将数据进行远程无线传输，电脑终端404数据在互联网的基础上实现数据共享，从而可以对冲击试验进行远程监控指导。

如图10所示，钢构加载反力架2为三维加载反力架，其包括轴向Z方向加载反力架201、水平向X方向加载反力架202、水平向Y方向加载反力架203以及轴向加载导向柱204，轴向加载导向柱204设置有第一电液伺服加载系统205，X方向加载反力架202设置有第二电液伺服加载系统206，Y方向加载反力架203设置有第三电液伺服加载系统207，Z方向加载反力架201、X方向加载反力架202和Y方向加载反力架203构成完整的三维加载反力架。钢构加载反力架是由工字钢焊接而成的一个整体，该加载反力架是以轴向Z向加载系统为主体，实现Z、X向的反力构造。在其Y向方向利用工字钢围成“口”字型框架，实现Y向的反力构造。从而实现模型试验箱模拟真三轴的加载方式。

钢构加载反力架2为三维加载反力架，钢构加载反力架2上设置有电液伺服加载系统，顶部设置的第一电液伺服加载系统205为轴向低周期微疲劳加载形式，竖向对三维地质力学模型试验箱1进行轴向低周期循环加载；钢构加载反力架2四周设置的第二电液伺服加载系统206和第三电液伺服加载系统207为围压加载形式，水平向对三维地质力学模型试验箱1进行围压加载；动力冲击加载系统3为竖向动力冲击加载形式，可沿竖向对三维地质力学模型试验箱1进行动力冲击加载。电液伺服加载系统可以模拟岩土体工程真实的三维受力情况，用来研究岩土体工程动力加载破坏下的相关问题；动力冲击加载系统可以模拟岩土体工程的冲击破坏情况，用来研究岩土体工程在冲击荷载下的相关问题。

实施例1：

钢构加载反力架2主要由带肋工字钢进行搭建，轴向总高度为5.5m，水平X向总宽度为4.5m，侧向Y向宽度为4.5m，在轴向加载系统上安装轴向加载导向柱204，防止加载过程中出现偏心加载，这样可以完成六面五向加载，从而实现模型试验箱的真三轴加载方式。

所述的三维地质力学模型试验箱是由底板101、前后格栅面板102和侧面格栅面板103组合而成，底板101平均分为3块，前后格栅面板102共由18块格栅面板组成，侧面格栅面板103共由6块格栅面板组成，各格栅面板(格栅形式A-I，J-L)之间，前后格栅面板102与侧面格栅面板103之间、前后格栅面板102或侧面格栅面板103与底板101之间，均使用高强螺栓进行连接，形成上端开口式模型试验箱，前后格栅面板102中间部位均设置拆卸格栅面板104，方便模型试验的隧道开挖。本实施例中开挖孔半径设置为50mm-200mm均满足实验需求，本实施例中挖孔半径设置为200mm。前后格栅面板102和侧面格栅面板103底部均安装滑动装置107，并在底板101上设置底板导向槽105，可使四周的格栅面板在底板101上进行自由的直线滑动，使前后方向及侧向的电液伺服系统对其进行围压加载。

三维地质力学模型试验箱1的底板101部分采用40mm厚的锰钢制作而成，为了方便使用的拆卸安装，将底板101分为尺寸为1.3m×0.8m的三块，每块底板101与钢构反力架2的底座均使用两排直径为35mm的高强螺栓进行连接，即将底板101放置在钢构反力架2的底部上，并用高强螺栓进行连接，详见图1，在底板101的两个滑动装置107之间均有螺栓孔的预留，每个螺栓中心的间距为185mm，两排螺栓的中心间距为460mm。且底板101边缘均设置与前后格栅面板102或侧面格栅面板103相连接的螺栓孔，螺栓孔直径为30mm，螺栓中心距离底板边缘的距离为70mm，螺栓孔的中心距为385mm。并在底板101与前后格栅面板102或侧面格栅面板103连接部位设置互动装置底板导向槽105，可使前后格栅面板102或侧面格栅面板103进行直线自由滑动，底板导向槽105宽36mm，深2.5mm，前后格栅面板102对应的底板导向槽105长为180mm，侧面格栅面板103对应的底板导向槽105长为225mm，前后格栅面板102最大滑行距离30mm，侧面格栅面板103最大滑行距离为75mm。

前后格栅面板102或侧面格栅面板103的每块格栅面板安装两排滑动装置107，每排安装4组滑动装置107。前后格栅面板102或侧面格栅面板103均是由厚度为10mm的锰钢切割焊接而成，该模型试验箱组装后的尺寸为长、宽、高分别为2.3m×1.3×2m，试验箱内净空间为长、宽、高分别为2m×1m×2m，可满足大部分试验需求。前后格栅面板102的最大滑行距离为侧向面板伸缩缝的宽度。前后格栅面板102对应的底板导向槽105长度为面板宽度150mm+伸缩缝宽度30mm。侧面最大滑行距离根据常规试验变形量进行设定，其导向槽长度为格栅面板宽度150mm+最大滑行距离75mm。

侧面格栅面板103由6块3种形式的格栅面板和宽度为30mm的伸缩缝106构成。当进行模型试验箱塑模时，采用长为2000mm、宽为150mm及厚度为30mm的均质木板对伸缩缝进行填堵，以保证模型试验箱的密闭性。当进行加载时，将该木板拆除，则伸缩缝106可使四个方向的面板进行自由移动。而且在侧面格栅面板103与底板101接触的格栅面板之间都安装滑动装置107，每块格栅面板安装两排滑动装置107，每排安装4组滑动装置107，以保证四个方向的面板可在底板上无摩擦的自由滑动。模型试验箱的各个格栅面板均是由厚度为10mm的锰钢切割焊接而成。

图6所示，为前后格栅面板102的9种形式和侧面格栅面板103的3种形式，格栅面板A、C、G、I的尺寸均为770mm×620mm，B、H的尺寸均为760mm×620mm，D、F的尺寸均为770mm×760mm，E的尺寸为760mm×760mm，其中拆卸格栅面板104的尺寸为400mm×400mm，每个格栅面板的整体厚度均为150mm，均是由厚度为10mm的锰钢切割焊接而成。

图7所示，滑动装置107由外直径为35mm，内直径为20mm，宽度为17mm的滚针轴承108、轴承承载支架109和直径为20mm的轴承中轴钢柱110组成，每个滑动装置107有2排滚针轴承108组成，每个滚针轴承可承受静力荷载为2t，可承受动荷载为1.2t。

图8所示，定位导向柱301为直径150mm，长度4.05m的钢柱，最大落距为2.5m，为冲击加载装置302提供导向定位作用，使冲击加载装置302严格进行竖向自由落体运动；加载牵引装置303由两台大功率交流电机310、四根直径为10mm的高强度牵引钢绞线311和4组高灵敏电磁铁312构成，牵引钢绞线311最大承载力为1.8t，单台交流电机3010最大牵引力为5t，高灵敏电磁铁312最大吸引力为2t，每组高灵敏电磁铁312均有两块构成，第二电磁铁312-2镶嵌在刚性加载箱306上，第一电磁铁312-1用高强螺栓连接在牵引钢绞线311末端；直线滑动轴承304用于减小定位导向柱301与冲击加载装置302之间的滑动摩擦；测量装置305用于测量冲击速度及冲击加速度。牵引电机310、电磁铁312和测量装置305均与数据自动采集模块403相连接，并有电脑终端404统一控制。电磁铁312是利用通电螺线管会将内部铁芯磁化的原理进行工作，当电磁铁312通电时具有强吸引力，断电时，吸引力瞬间消失。安装电磁铁312时，通过控制电流方向来控制电磁铁312的磁极方向，将每组电磁铁312中相对的第一电磁铁312-1和第二电磁铁312-2的电流方向相反，此时相对的两个电磁将会产生相反的磁极，从而产生更强的吸引力。当进行试验时，通过电脑终端404控制电磁铁312的开关，从而控制试验的进行，当试验开始时，首先将第一电磁铁312-1与第二电磁铁312-2对应，通过电脑终端404打开电磁铁312开关，使其相互吸引，其次打开交流电机开关，让其牵引冲击加载装置302上升，当上升到一定高度后关闭牵引电机310，然后打开速度、加速度测量装置305开关，最后关闭电磁铁312开关，冲击加载装置302瞬间降落，最终完成冲击试验和实验数据测量。

图9所示，刚性加载箱306是有整块锰钢切削制作而成，其体积为3130mm×960mm×150mm，自重为1.5t，刚性加载箱306上预留固定螺栓309，用以固定配重块307，从而可根据需求调节冲击加载装置302的整体质量，以满足各种试验需求。配重块307则为定值的钢块，其体积为500mm×240mm×50mm,每块配重块重量为0.15t，每个配重块307均由2个直径为20m的固定螺栓309与刚性加载箱306固定，最多可增加16块配重块，共2.4t。每个配重块上设置两排直径为56mm的阻力消减孔308，每排设置4个，每个配重块共设置8个阻力消减孔，在刚性加载箱306上设置同样大小的阻力消减孔308与之相对应，刚性加载箱306共设置8排阻力消减孔，每排20个阻力消减空，用以消减冲击加载装置自由下落时的空气阻力。刚性加载箱306上分别安装4个磁电式速度传感器313和加速度计3014，用以测量试验冲击时的速度和加速度。

图10所示，无线传输监测系统Ⅳ由无线传输模块401、外设模块402、数据自动采集模块403及电脑终端404构成。通过外设传感器如土压力盒、位移计、渗压计等外接设备对试验系统进行数据测量，测量数据由数据自动采集模块403进行自动化采集，采集得到的数据通过无线传输模块401进行远程无线传输给电脑终端404，并由电脑终端404对数据进行网络共享，以此来实现数据的远程监测及试验的远程指导。

无线传输监测系统Ⅳ还包含的模块有CPU核心处理模块(嵌入式最小系统)，GPS高精度时间同步和定位模块，SD数据本地存储模块等模块。

本系统的信息采集模块使用的是AD7606多通道AD数据采集模块。AD7606模块采用电源退耦电容2.54mm标准插件排针作为接口输入，输出兼容正点原子液晶34针口数据接入，所以方便运用此模块进行数据采集，该模块支持外部接入基准电压，支持并行串行数据切换，操作简单方便。其优点如下：(1)8路模拟输入；(2)电压采集输入范围：正负5V，正负10V可通过IO控制量程；(3)分辨率16位，可采集微弱信号，最小能采集0.15mV的信号；(4)最大采样频率200Ksps，8路每路最高都可达200Ksps；(5)SPI接口或16位总线接口，接口IO电平可以是5V或3.3V。

WiFi无线传输模块是整个无线传输系统的核心模块，本系统采用的WiFi模块是B-link公司的USB2.0接口BL-LW05-H模块，使用Ralink公司的RT3070芯片解决方案，同时也支持802.11n协议和Linux开源驱动代码，1T1R系统，理论最高PHY速率高达150Mbps，但采用12dBi高增益天线，室外传输距离可达300米。

外设部分则采用购买工程上常用的传感器，采集方式要与传感器相对应，该系统目前只是针对电流/电压信号类型传感器的研究。最终目的是成为多元性的系统，即能够与工程及市场上常用的传感器进行匹配使用。

本装置可进行三种加载方式，分别为低周期微疲劳加载，冲击加载和冲击-低周期微疲劳加载，均为动力加载。可以根据需求进行试验，对模型体只做低周期微疲劳加载试验，来研究岩土体工程的疲劳破坏特性；也可对模型体只做冲击加载试验，来研究岩土体工程的冲击破坏特性；也可对模型体先进行低周期微疲劳再进行冲击加载试验，来研究岩土体工程在疲劳加载及冲击加载双重加载下的破坏特性。

控制该装置进行大型三维地质力学模型动力冲击试验，根据试验需求可进行三种加载方式，具体实施步骤如下：

一、低周期微疲劳加载

步骤1：将大型动力冲击三维地质力学模型试验系统安装好；

步骤2：根据现场工程地质资料，得到现场岩土体的工程地质力学参数；

步骤3：对试验所用传感器如土压力盒、位移计、渗压计等进行标定和试用，保证传感器的灵敏度及可用性；

步骤4：依据相似原理，经过反复比选调配，确定出与现场岩土体力学参数相同的相似材料如千枚岩相似材料、软岩相似材料等，按照正交试验作正交试验表，将相似材料，制成尺寸为50mm×50mm×100mm的标准试件、面积为30cm²小环刀试件与体积为100cm³的大环刀试件；

步骤5：将上述步骤4中的试件进行基本力学性能的测试，得到主控力学参数如密度、单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力、摩擦角等基本力学参数，将所得力学参数与现岩土体力学参数进行比对，如果力学参数相同则相似材料研制成功，否则重调配比重复步骤4，直至力学参数符合要求；

步骤6：将侧面格栅面板103与前后格栅面板102分别与底板101用螺栓固定，使底部的滑动装置107与底板导向槽105相对应，此时三维地质力学模型试验箱1容积为4m³，采用长为2000mm、宽为150mm及厚度为30mm的均质木板对伸缩缝106进行填堵。此时三维地质力学模型试验箱1为一个上方开口的方箱型结构。由步骤5得到符合要求的相似材料配比后，将该配比的相似材料进行大量制作，并按照分层控制质量的原则将相似材料装填到三维地质力学模型试验箱1中，进行三维地质力学模型的制作；

步骤7：当模型制作到一定的高度时，在模型内布置步骤3中标定好的传感器，直至模型制作完成；

步骤8：按照相应的规程规范，例如：《工程岩体试验方法标准》GBT50266-2013、《土工试验方法标准》(GBT50123-1999)等，对模型进行养护；

步骤9：当步骤8完成时，依据工程现场资料对冲击试验的冲击量进行计算，通过调整配重块307的数量来调整冲击加载装置302的质量，通过调整冲击加载装置302的下落高度来调整冲击时的速度，并由此来设置冲击量的大小；计算出配重块307的数量和冲击加载装置302下落高度，并将配重块307固定在冲击加载装置302上；由公式:S＝P²/2gm²(S为试验牵引高度；P为试验设计动量；m为冲击加载装置总质量；g为重力加速度，取值9.8m/s²)预算牵引高度S注：由于实际空气阻力及摩擦难以忽略，故实际加速度要比理想重力加速度小。

步骤10：当步骤9完成时，将无线传输监测系统4与测量装置5相连接，并调试相应参数并启动监测。

步骤11：将牵引钢绞线311中部的第一电磁铁312-1与冲击加载装置302上的第二电磁铁312-2相对应，并由电脑终端404控制电磁铁开关，并检查电磁铁312是否准确对应并相互吸引；

步骤12：按照预设围压值，利用四周安装的电液伺服加载系统对隧道模型施加围压；当进行加载时，将均质木板拆除，将侧面格栅面板103与前后格栅面板102与底板101之间的固定螺栓拆除，此时侧面格栅面板103与前后格栅面板102存在30mm伸缩缝106，伸缩缝106可使四个方向的面板进行自由移动。钢构加载反力架2四周设置的第二电液伺服加载系统206和第三电液伺服加载系统207横向对三维地质力学模型试验箱1进行水平向的围压加载。从而实现模型试验箱模拟岩土体所处的真实围压环境。侧面格栅面板103与前后格栅面板102底部的滑动装置107沿着底板导向槽105移动，挤压模型，第二电液伺服加载系统206和第三电液伺服加载系统207形成的静态力相当于岩土周围的环境，此时可以根据实验需求决定是否开启拆卸格栅面板104，挖制开挖孔。

步骤13：使牵引电机310缓慢匀速的将刚性加载箱306下落至模型上表面，即此时刚性加载箱306可以理解为三维地质力学模型试验箱1的上盖。钢构加载反力架2顶部设置的第一电液伺服加载系统205竖向对刚性加载箱306进行低周期微疲劳加载。

步骤14：步骤13完成的同时，通过位移计、压力计、渗压计采集到的数据自动采集模块403采集监测，并通过无线传输模块401将数据进行远程无线传输到电脑终端404，并达到数据无线共享，数据可以共享至无线终端设备，共享即可以通过现有技术的传输方式，如阿里云、百度云等共享至无线终端设备，这样一个用户或多个用户可以通过手机随时随地了解试验数据；

步骤15：步骤14完成后，一次完整的大型三维地质力学模型低周期微疲劳试验结束，如若进行多次动力冲击试验可重复进行步骤1～步骤15。

二、冲击加载

步骤1：将大型动力冲击三维地质力学模型试验系统安装好；

步骤2：根据现场工程地质资料，得到现场岩土体的工程地质力学参数；

步骤3：对试验所用传感器如土压力盒、位移计、渗压计等进行标定和试用，保证传感器的灵敏度及可用性；

步骤4：依据相似原理，经过反复比选调配，确定出与现场岩土体力学参数相同的相似材料如千枚岩相似材料、软岩相似材料等，按照正交试验作正交试验表，将相似材料，制成尺寸为50mm×50mm×100mm的标准试件、面积为30cm²小环刀试件与体积为100cm³的大环刀试件；

步骤5：将上述步骤4中的试件进行基本力学性能的测试，得到主控力学参数如密度、单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力、摩擦角等基本力学参数，将所得力学参数与现岩土体力学参数进行比对，如果力学参数相同则相似材料研制成功，否则重调配比重复步骤4，直至力学参数符合要求；

步骤6：将侧面格栅面板103与前后格栅面板102分别与底板101用螺栓固定，使底部的滑动装置107与底板导向槽105相对应，此时三维地质力学模型试验箱1容积为4m³，采用长为2000mm、宽为150mm及厚度为30mm的均质木板对伸缩缝106进行填堵。此时三维地质力学模型试验箱1为一个上方开口的方箱型结构。由步骤5得到符合要求的相似材料配比后，将该配比的相似材料进行大量制作，并按照分层控制质量的原则将相似材料装填到三维地质力学模型试验箱1中，进行三维地质力学模型的制作；

步骤7：当模型制作到一定的高度时，在模型内布置步骤3中标定好的传感器，直至模型制作完成；

步骤8：按照相应的规程规范，例如：《工程岩体试验方法标准》GBT50266-2013、《土工试验方法标准》(GBT50123-1999)等，对模型进行养护；

步骤9：当步骤8完成时，依据工程现场资料对冲击试验的冲击量进行计算，通过调整配重块307的数量来调整冲击加载装置302的质量，通过调整冲击加载装置302的下落高度来调整冲击时的速度，并由此来设置冲击量的大小；计算出配重块307的数量和冲击加载装置302下落高度，并将配重块307固定在冲击加载装置302上；由公式:S＝P²/2gm²(S为试验牵引高度；P为试验设计动量；m为冲击加载装置总质量；g为重力加速度，取值9.8m/s²)预算牵引高度S注：由于实际空气阻力及摩擦难以忽略，故实际加速度要比理想重力加速度小。

步骤10：当步骤9完成时，将无线传输监测系统4与测量装置5相连接，并调试相应参数并启动监测。

步骤11：将牵引钢绞线311中部的第一电磁铁312-1与冲击加载装置302上的第二电磁铁312-2相对应，并由电脑终端404控制电磁铁开关，并检查电磁铁312是否准确对应并相互吸引；

步骤12：按照预设围压值，利用四周安装的电液伺服加载系统对隧道模型施加围压；当进行加载时，将均质木板拆除，将侧面格栅面板103与前后格栅面板102与底板101之间的固定螺栓拆除，此时侧面格栅面板103与前后格栅面板102存在30mm伸缩缝106，伸缩缝106可使四个方向的面板进行自由移动。钢构加载反力架2四周设置的第二电液伺服加载系统206和第三电液伺服加载系统207横向对三维地质力学模型试验箱1进行水平向的围压加载。从而实现模型试验箱模拟岩土体所处的真实围压环境。侧面格栅面板103与前后格栅面板102底部的滑动装置107沿着底板导向槽105移动，挤压模型，第二电液伺服加载系统206和第三电液伺服加载系统207形成的静态力相当于岩土周围的环境，此时可以根据实验需求决定是否开启拆卸格栅面板104，挖制开挖孔。

步骤13：步骤12完成后，继续钢构加载反力架2四周设置的第二电液伺服加载系统206和第三电液伺服加载系统207横向对三维地质力学模型试验箱1进行围压加载。由电脑终端404打开测量装置305和牵引电机310控制开关，使牵引电机310缓慢匀速的将冲击加载装置302提升至步骤9中的预定高度，关闭牵引电机310；

步骤14：步骤13完成后，由电脑终端404同时关闭电磁铁312控制开关，冲击加载装置302瞬间降落，对三维地质力学模型试验箱1内的模型进行冲击加载；

步骤15：步骤14完成的同时，通过位移计、压力计、渗压计采集到的数据自动采集模块403采集监测，并通过无线传输模块401将数据进行远程无线传输到电脑终端404，并达到数据无线共享，数据可以共享至无线终端设备，共享即可以通过现有技术的传输方式，如阿里云、百度云等共享至无线终端设备，这样一个用户或多个用户可以通过手机随时随地了解试验数据；

步骤16：步骤15完成后，一次完整的大型三维地质力学模型动力冲击试验结束，如若进行多次动力冲击试验可重复进行步骤1～步骤15。

三、冲击-低周期微疲劳加载

步骤1：将大型动力冲击三维地质力学模型试验系统安装好；

步骤2：根据现场工程地质资料，得到现场岩土体的工程地质力学参数；

步骤3：对试验所用传感器如土压力盒、位移计、渗压计等进行标定和试用，保证传感器的灵敏度及可用性；

步骤4：依据相似原理，经过反复比选调配，确定出与现场岩土体力学参数相同的相似材料如千枚岩相似材料、软岩相似材料等，按照正交试验作正交试验表，将相似材料，制成尺寸为50mm×50mm×100mm的标准试件、面积为30cm²小环刀试件与体积为100cm³的大环刀试件；

步骤5：将上述步骤4中的试件进行基本力学性能的测试，得到主控力学参数如密度、单轴抗压强度、弹性模量、黏聚力、摩擦角等基本力学参数，将所得力学参数与现岩土体力学参数进行比对，如果力学参数相同则相似材料研制成功，否则重调配比重复步骤4，直至力学参数符合要求；

步骤6：将侧面格栅面板103与前后格栅面板102分别与底板101用螺栓固定，使底部的滑动装置107与底板导向槽105相对应，此时三维地质力学模型试验箱1容积为4m3，采用长为2000mm、宽为150mm及厚度为30mm的均质木板对伸缩缝106进行填堵。此时三维地质力学模型试验箱1为一个上方开口的方箱型结构。由步骤5得到符合要求的相似材料配比后，将该配比的相似材料进行大量制作，并按照分层控制质量的原则将相似材料装填到三维地质力学模型试验箱1中，进行三维地质力学模型的制作；

步骤7：当模型制作到一定的高度时，在模型内布置步骤3中标定好的传感器，直至模型制作完成；

步骤8：按照相应的规程规范，例如：《工程岩体试验方法标准》GBT50266-2013、《土工试验方法标准》(GBT50123-1999)等，对模型进行养护；

步骤9：当步骤8完成时，依据工程现场资料对冲击试验的冲击量进行计算，通过调整配重块307的数量来调整冲击加载装置302的质量，通过调整冲击加载装置302的下落高度来调整冲击时的速度，并由此来设置冲击量的大小；计算出配重块307的数量和冲击加载装置302下落高度，并将配重块307固定在冲击加载装置302上；由公式:S＝P2/2gm2(S为试验牵引高度；P为试验设计动量；m为冲击加载装置总质量；g为重力加速度，取值9.8m/s2)预算牵引高度S注：由于实际空气阻力及摩擦难以忽略，故实际加速度要比理想重力加速度小。

步骤10：当步骤9完成时，将无线传输监测系统4与测量装置5相连接，并调试相应参数并启动监测。

步骤11：将牵引钢绞线311中部的第一电磁铁312-1与冲击加载装置302上的第二电磁铁312-2相对应，并由电脑终端404控制电磁铁开关，并检查电磁铁312是否准确对应并相互吸引；

步骤12：按照预设围压值，利用四周安装的电液伺服加载系统对隧道模型施加围压；当进行加载时，将均质木板拆除，将侧面格栅面板103与前后格栅面板102与底板101之间的固定螺栓拆除，此时侧面格栅面板103与前后格栅面板102存在30mm伸缩缝106，伸缩缝106可使四个方向的面板进行自由移动。钢构加载反力架2四周设置的第二电液伺服加载系统206和第三电液伺服加载系统207横向对三维地质力学模型试验箱1进行水平向的围压加载。从而实现模型试验箱模拟岩土体所处的真实围压环境。侧面格栅面板103与前后格栅面板102底部的滑动装置107沿着底板导向槽105移动，挤压模型，第二电液伺服加载系统206和第三电液伺服加载系统207形成的静态力相当于岩土周围的环境，此时可以根据实验需求决定是否开启拆卸格栅面板104，挖制开挖孔。

步骤13：继续钢构加载反力架2四周设置的第二电液伺服加载系统206和第三电液伺服加载系统207横向对三维地质力学模型试验箱1进行围压加载。由电脑终端404打开测量装置305和牵引电机310控制开关，使牵引电机310缓慢匀速的将冲击加载装置302提升至步骤9中的预定高度，关闭牵引电机310；

步骤14：步骤13完成后，由电脑终端404同时关闭电磁铁312控制开关，冲击加载装置302瞬间降落，对三维地质力学模型试验箱1内的模型进行冲击加载；则使牵引电机310缓慢匀速的将刚性加载箱306下落至模型上表面，即此时刚性加载箱306可以理解为三维地质力学模型试验箱1的上盖。钢构加载反力架2顶部设置的第一电液伺服加载系统205竖向对刚性加载箱306进行低周期微疲劳加载。

步骤15：步骤14完成的同时，通过位移计、压力计、渗压计采集到的数据自动采集模块403采集监测，并通过无线传输模块401将数据进行远程无线传输到电脑终端404，并达到数据无线共享，数据可以共享至无线终端设备，共享即可以通过现有技术的传输方式，如阿里云、百度云等共享至无线终端设备，这样一个用户或多个用户可以通过手机随时随地了解试验数据；

步骤16：步骤15完成后，一次完整的大型三维地质力学模型动力冲击-低周期微疲劳试验结束，如若进行多次动力冲击试验可重复进行步骤1～步骤15。

Claims (5)

1.一种大型动力冲击三维地质力学模型试验系统，其特征在于：该系统包括三维地质力学模型试验箱（1）、钢构加载反力架（2）和动力冲击加载系统（3），钢构加载反力架（2）底部连接有三维地质力学模型试验箱（1），三维地质力学模型试验箱（1）上部设置有能够上下移动的动力冲击加载系统（3），动力冲击加载系统（3）能够砸向三维地质力学模型试验箱（1）的结构；

所述三维地质力学模型试验箱（1）包括底板（101）、前后格栅面板（102）和侧面格栅面板（103），前后格栅面板（102）和侧面格栅面板（103）与底板（101）形成一个上开口的方箱型结构，三维地质力学模型试验箱（1）通过底板（101）与钢构加载反力架（2）底部连接，在前后格栅面板（102）的中间部位设置有开挖孔，开挖孔处设置有拆卸格栅面板（104），侧面格栅面板（103）与前后格栅面板（102）之间设置有伸缩缝（106），伸缩缝（106）的宽度决定了前后格栅面板（102）的最大滑行距离；

所述底板（101）上设置有底板导向槽（105），前后格栅面板（102）和侧面格栅面板（103）底端设置有滑动装置（107），滑动装置（107）为能够在底板导向槽（105）内移动的结构；

所述滑动装置（107）包含滚针轴承（108）、轴承承载支架（109）和中轴钢柱（110），滚针轴承（108）套在中轴钢柱（110）上，中轴钢柱（110）通过轴承承载支架（109）与前后格栅面板（102）或者侧面格栅面板（103）底端连接，滚针轴承（108）能在底板导向槽（105）内移动；

所述动力冲击加载系统（3）包括冲击加载装置（302）、加载牵引装置（303）和测量装置（305），加载牵引装置（303）包括牵引电机（310），牵引电机（310）设置在钢构加载反力架（2）顶部，牵引电机（310）通过牵引钢绞线（311）与冲击加载装置（302）连接，测量装置（305）连接在冲击加载装置（302）和加载牵引装置（303）上；

冲击加载装置（302）包括刚性加载箱（306）和配重块（307），配重块（307）连接在所述刚性 加载箱（306）上，刚性加载箱（306）上设置有空气阻力消减孔（308），刚性加载箱（306）上两端设置有测量装置（305）和电磁铁（312），电磁铁（312）包括第一电磁铁（312-1）和第二电磁铁（312-2），第一电磁铁（312-1）设置在牵引钢绞线（311）的末端，第二电磁铁（312-2）镶嵌在刚性加载箱（306）上。

2.根据权利要求1所述的大型动力冲击三维地质力学模型试验系统，其特征在于：拆卸格栅面板（104）构成的开挖孔半径为50mm-200mm。

3.根据权利要求1所述的大型动力冲击三维地质力学模型试验系统，其特征在于：无线传输监测系统（4）由无线传输模块（401）、外设模块（402）、数据自动采集模块（403）及电脑终端（404）构成，测量装置（305）连接外设模块（402），外设模块（402）连接数据自动采集模块（403），数据自动采集模块（403）将数据通过无线传输模块（401）传输至电脑终端（404）。

4.根据权利要求1-3任一项 所述的大型动力冲击三维地质力学模型试验系统，其特征在于：钢构加载反力架（2）为三维加载反力架，其包括轴向Z方向加载反力架（201）、水平向X方向加载反力架（202）、水平向Y方向加载反力架（203）以及轴向加载导向柱（204），轴向加载导向柱（204）设置有第一电液伺服加载系统（205），X方向加载反力架（202）设置有第二电液伺服加载系统（206），Y方向加载反力架（203）设置有第三电液伺服加载系统（207），Z方向加载反力架（201）、X方向加载反力架（202）和Y方向加载反力架（203）构成完整的三维加载反力架。

5.根据权利要求1所述的大型动力冲击三维地质力学模型试验系统的控制方法，其特征在于：

步骤1：将大型动力冲击三维地质力学模型试验系统安装好；

步骤2：根据现场工程地质资料，得到现场岩土体的工程地质力学参数；

步骤3：对试验所用传感器进行标定和试用，保证传感器的灵敏度及可用性；

步骤4：依据相似原理，经过反复比选调配，确定出与现场岩土体力学参数相同的相似材料，按照正交试验作正交试验表，将相似材料，制成标准试件、小环刀试件与大环刀试件；

步骤5：将上述步骤4中的试件进行基本力学性能的测试，得到主控力学参数，将所得力学参数与现岩土体力学参数进行比对，如果力学参数相同则相似材料研制成功，否则重调配比重复步骤4，直至力学参数符合要求；

步骤6：由步骤5得到符合要求的相似材料配比后，将该配比的相似材料进行大量制作，并按照分层控制质量的原则将相似材料装填到三维地质力学模型试验箱（1）中，进行三维地质力学模型的制作；

步骤7：当模型制作到一定的高度时，在模型内布置步骤3中标定好的传感器，直至模型制作完成；

步骤8：按照相应的规程规范，对模型进行养护；

步骤9：当步骤8完成时，依据工程现场资料对冲击试验的冲击量进行计算，通过调整配重块（307）的数量来调整冲击加载装置（302）的质量，通过调整冲击加载装置（302）的下落高度来调整冲击时的速度，并由此来设置冲击量的大小；计算出配重块（307）的数量和冲击加载装置（302）下落高度，并将配重块（307）固定在冲击加载装置（302）上；

步骤10：当步骤9完成时，将无线传输监测系统（4）与测量装置（30 5）相连接，并调试相应参数并启动监测；

步骤11：按照预设围压值，利用四周安装的电液伺服加载系统对隧道模型施加围压；

步骤12：将牵引钢绞线（311）中部的第一电磁铁（312-1）与冲击加载装置（302）上的第二电磁铁（312-2）相对应，并由电脑终端（404）控制电磁铁开关，并检查电磁铁（312）是否准确对应并相互吸引；

步骤13：步骤12完成后，由电脑终端（404）打开测量装置（305）和牵引电机（310）控制开关，使牵引电机（310）缓慢匀速的将冲击加载装置（302）提升至步骤9中的预定高度，关闭牵引电机（310）；

步骤14：步骤13完成后，由电脑终端（404）同时关闭电磁铁（312）控制开关，冲击加载装置（302）瞬间降落，对三维地质力学模型试验箱（1）内的模型进行冲击加载；

步骤15：步骤14完成的同时，通过采集到的数据自动采集模块（403）采集监测，并通过无线传输模块（401）将数据进行远程无线传输到电脑终端（404），并达到数据无线共享；

步骤16：步骤15完成后，一次完整的大型三维地质力学模型动力冲击试验结束，如若进行多次动力冲击试验可重复进行步骤1～步骤15。

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