本发明属于工程岩体的岩石力学测试领域，用于解决现有模拟深地复杂环境下岩石力学测试响应系统中高温高压荷载传感器的安全与对位难题。
背景技术：
深部工程岩体处于高温、高压、高渗流及动荷载等应力状态及环境之中，深地工程建设需首先获知工程岩体在深地环境中的力学特性，为深部工程建设和安全运营提供依据和基础数据，因此深地工程岩体力学测试至关重要。深地工程岩体力学测试关键在于依托性能良好的岩石力学试验机，美国mts公司产mts岩石力学试验机是目前世界上最先进的岩石力学设备之一，也是目前世界范围内使用最多的岩石力学试验系统之一，其高温高压功能是用于测试工程岩体深部环境下力学特性和损伤行为的试验设备之一，高温高压力传感器则是其测控的核心部件。为进行高温高压岩石力学测试，需要经常检测、维护、更换高温高压力传感器。高温高压力传感器位于空间狭小的高温高压压力室腔体内，其下部为排布有高温高压荷载、变形、温度、液压、渗流、超声等系列引线的高温高压底座。由于高温高压力传感器本身质量较重，拆卸和安装时三人才能将传感器托起；由于空间狭小、不能进行肉眼观察，手也无法伸入需拆装的腔体内，操作极为困难；由于连接螺栓顶部o型密封圈与连接孔的密闭挤压作用，导致无法判断拆卸时的螺栓退出状态；由于力传感器与上部刚性柱间不稳定吸力的存在，拆卸时传感器可能突发性坠落；由于力传感器与刚性柱连接结构复杂，连接时要同时保证中心螺纹孔和边缘限位销孔同时对接，安装进程缓慢，持续时间很长。由于托举失稳或者很吸力丧失，传感器可能坠落在三轴室底座上，甚至从三轴室底座或油缸上再次砸落到地面，不仅容易损坏三轴室底部的系列高温高压测控部件、高压油缸及传感器等，还容易对安装人员造成伤害。现有的人工操作方法，操作难度和操作风险极大，操作效率极低，但是，对于深地环境下岩石力学测试中的一大难点和痛点，设备生产商mts公司并未提供有效的解决方案和产品，导致目前该对设备的高温高压力传感器的安装、拆卸、调试及维护极为困难。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种模拟深地复杂环境的岩石力学响应测试系统。
本发明采用的技术方案是：模拟深地复杂环境的岩石力学响应测试系统，包括mts三轴试验机以及与mts三轴试验机连接的控制系统，所述mts三轴试验机由刚性柱，高温高压三轴室以及三轴室底座组成，所述刚性柱上搭载高温高压三轴室和三轴室底座，所述高温高压三轴室与三轴室底座垂直相对，所述高温高压三轴室中轴线与所述三轴室底座中轴线重合，所述三轴室底座上设置有油压泵，所述高温高压三轴室外配置有加热器，所述控制系统包括用于数据处理的工作站，用于控制工作站和总控制器的手动控制器，所述工作站与手动控制器同时与总控制器连接，所述总控制器用于控制围压控制系统，温度控制系统，渗流控制系统和加载控制系统，所述加载控制系统用于对油源系统的控制，所述尾牙控制系统用于控制围压泵，所述渗流控制系统用于控制水压泵，其特征在于：其特征在于，mts三轴试验机还包括mts三轴传感器对位安装装置和模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统，所述mts三轴传感器对位安装装置搭载在模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统的上方。
所述模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统，包括底座、托举座和位于底座与托举座之间的中间连接座；在底座与中间连接座之间设置有液压组件；所述液压组件的活塞端与中间连接座的底部相连接，另一端与底座相连接；所述中间连接座与托举座之间通过一组连接杆相连接；所述托举座包括底板和设置于底板上的侧壁；由侧壁和底板包围形成开口向上的用于容纳mts高温高压传感器的容置槽；在所述托举座的底板中心设置有沿其轴向贯通底板的操作通道；并在所述托举座的侧壁设置有用于防止mts高温高压传感器脱离支撑盘的限位装置；所述底座上设置有与mts液压伺服台的中心对中销适配的通孔；所述mts三轴传感器对位安装装置包括：用于中心螺纹孔对孔的主杆，用于限位孔对孔的副杆，所述主杆与所述副杆保持水平且主杆和副杆的中心间距等于中心螺纹孔和外围限位孔中心间距，套于主杆外的限位套杆用于保证主杆与所述副杆保持水平且主杆和副杆的中心间距等于中心螺纹孔和外围限位孔中心间距，所述限位套杆为筒形套杆，所述限位套杆上设置有两个牛腿结构上牛腿和下牛腿，所述上牛腿的端部圆孔轴线与下牛腿端部圆孔轴线重合，所述上牛腿的端部圆孔轴线与下牛腿端部圆孔轴线平行于主杆的轴线，所述副杆主体上固定有圆形磁块，所述圆形磁块用于吸附副杆主体外套设的对孔套杆，所述对孔套杆的内径与传感器上设置的限位孔内钢销内径相等，在所述对孔套杆上进行标记，标记出第一刻度线和第二刻度线，所述第一刻度线对应放松或对孔状态，所述第二刻度线对应收缩和寻孔状态，所述副杆由副杆杆头主体和副杆主体构成，所述副杆杆头主体通过弹簧与副杆主体相连。
进一步的，所述限位装置包括环绕所述托举座的侧壁均匀分布设置的一组限位螺钉；所述限位螺钉沿托举座的径向穿过托举座的侧壁，并与托举座螺纹配合连接。
进一步的，所述液压缸的活塞端连接于中间连接座的中心处。
进一步的，在所述液压组件的两侧分别设置有一根肘形支撑件；两根肘形支撑件关于液压缸中心线对称；所述肘形支撑件一端与底座铰接，另一端与中间连接座铰接；且所述肘形支撑件通过两个传动杆铰接而成。
进一步的，两根肘形支撑件包围形成平行四边形结构。
进一步的，所述液压组件包括支撑座和液压缸；所述支撑座上设置有沿其轴向贯通其底部的空腔，并设置有由其空腔沿其轴向贯通支撑座顶端的通孔，且所述空腔与通孔同轴；所述液压缸的缸体安装于空腔内，其活塞杆穿过通孔与中间连接座的底部相连接。
进一步的，所述支撑座为由下至上逐渐内收的圆台状。
进一步地，所述副杆主体与上牛腿通过水平柱形销钉固定。
进一步地，所述主杆由螺纹杆，光滑圆柱和带水平孔的光滑圆柱构成，所述螺纹杆可旋转进入试验机三轴室内实心刚性柱下端的螺纹孔，所述光滑圆柱位于主杆中部，所述限位套杆套于光滑圆柱上，
进一步地，所述主杆上还设置有水平柱形短杆，所述水平柱形短杆穿过主杆的带水平孔的光滑圆柱上设置的圆孔，所述水平柱形短杆在插入带水平孔的光滑圆柱的圆孔后可旋转主杆使螺纹杆进入试验机三轴室内实心刚性柱下端的螺纹孔。
进一步地，所述副杆的副杆主体为圆柱杆，副杆上部副杆杆头主体设置有可滚动钢球10，所述副杆杆头主体外径小于外围限位孔内径。
进一步地，所述弹簧为圆柱状的压缩弹簧。
本发明的有益效果是：该承载系统取代人力支撑下进行力传感器拆装，省时省力；对力传感器的承托更加稳定有力，在力传感器通过限位装置锁定位置后，能够对力传感器施加一定的拉力，能有效克服油吸力存在情况下力传感器难以拆卸的困难；通过液压组件实现升降，升降平稳，能够避免振动等因素对传感器的损坏；可靠的限位结构能够有效防止意外情况下力传感器坠落损坏。同时，力传感器与实心刚性柱对孔简单可靠；副杆寻孔成功后，下放对孔套杆，主杆下段插入力传感器中心孔后再旋转力传感器，使对孔套杆能套在力传感器限位销上，即实现了力传感器与实心刚性柱的中心孔与限位孔的对孔。
附图说明
图1为模拟深地复杂环境的岩石力学响应测试系统结构示意图；
图2为模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统结构示意图；
图3为托举座举座俯视图；
图4为支撑座剖视图；
图5为mts三轴传感器对位安装装置结构示意图；
图6为限位孔准确对孔装置的放松或对孔状态；
图7为限位孔准确对孔装置的收缩或寻孔状态。
图中，底座1a、通孔11a、中间连接座2a、托举座3a、底板31a、侧壁32a、容置槽33a、操作通道34a、限位螺钉35a、液压组件4a、支撑座41a、空腔411a、通孔412a、液压缸42a、连接杆5a、肘形支撑件6a、传动杆61a、mts液压伺服台7a、力传感器8a、水平柱形短杆1b、主杆2b、限位套杆3b、副杆主体4b、对孔套杆5b、圆形磁块6b、水平柱形销钉7b、弹簧8b、副杆杆头主体9b、可滚动钢球10b、上刻度线11b、下刻度线12b、实心刚性柱13b、副杆14b、上牛腿15b、下牛腿16b、螺纹杆17b、光滑圆柱18b、带水平孔的光滑圆柱19b、副杆主体20b，mts三轴传感器对位安装装置2、模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统1。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明如下：
如图1所示：
模拟深地复杂环境的岩石力学响应测试系统，包括mts三轴试验机以及与mts三轴试验机连接的控制系统，所述mts三轴试验机由刚性柱，高温高压三轴室以及三轴室底座组成，所述刚性柱上搭载高温高压三轴室和三轴室底座，所述高温高压三轴室与三轴室底座垂直相对，所述高温高压三轴室中轴线与所述三轴室底座中轴线重合，所述三轴室底座上设置有油压泵，所述高温高压三轴室外配置有加热器，所述控制系统包括用于数据处理的工作站，用于控制工作站和总控制器的手动控制器，所述工作站与手动控制器同时与总控制器连接，所述总控制器用于控制围压控制系统，温度控制系统，渗流控制系统和加载控制系统，所述加载控制系统用于对油源系统的控制，所述尾牙控制系统用于控制围压泵，所述渗流控制系统用于控制水压泵，还包括：mts三轴试验机还包括mts三轴传感器对位安装装置2和模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统1，所述mts三轴传感器对位安装装置2搭载在模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统1的上方。
如图2所示，模拟深地环境下岩石力学测试的承载系统，包括底座1a、托举座3a和位于底座1a与托举座3a之间的中间连接座2a；在底座1a与中间连接座2a之间设置有液压组件4a；所述液压组件4a的活塞端与中间连接座2a的底部相连接，另一端与底座1a相连接；所述中间连接座2a与托举座3a之间通过一组连接杆5a相连接；所述托举座3a包括底板31a和设置于底板31a上的侧壁32a；由侧壁32a和底板31a包围形成开口向上的用于容纳mts高温高压传感器的容置槽33a；在所述托举座3a的底板31a中心设置有沿其轴向贯通底板31a的操作通道34a；并在所述托举座3a的侧壁32a设置有用于防止mts高温高压传感器脱离支撑盘12a的限位装置；所述底座1a上设置有与mts液压伺服台7a的中心对中销适配的通孔11a。
该发明，托举座3a用于托举力传感器8a，托举座3a支撑于中间连接座2a上，中间连接座2a支撑于液压组件4a的顶端，通过液压组件4a的活塞杆伸长顶升托举座3a将力传感器托举至待安装位置，或者通过液压组件4a的活塞杆回缩拉回托举座3a将力传感器从三轴室内的刚性柱上取下。通过托举座3a的侧壁32a和底板31a包围形成开口向上的容置槽33a，用于容纳力传感器8a，并通过侧壁32a对力传感器8a进行轴向限位，通过底板31a进行底部限位，通过限位装置锁定力传感器8a的位置，避免力传感器8a在容置槽33a内移动。操作通道34a贯通底板31a，使操作人员可以由下方通过操作通道34a安装和拆卸螺栓，避免了高处作业存在的风险。
该承载系统取代人力支撑下进行力传感器拆装，省时省力；对力传感器的承托更加稳定有力，在力传感器8a通过限位装置锁定位置后，能够对力传感器施加一定的拉力，能有效克服油吸力存在情况下力传感器难以拆卸的困难；通过液压组件4a实现升降，升降平稳，能够避免振动等因素对传感器的损坏；可靠的限位结构能够有效防止意外情况下力传感器坠落损坏。
优选的，如图2和图3所示，所述限位装置包括环绕所述托举座3a的侧壁32a均匀分布设置的一组限位螺钉35a；所述限位螺钉35a沿托举座3a的径向穿过托举座3a的侧壁32a，并与托举座3a螺纹配合连接。
为了保证中间连接座2a的水平度，从而保证托举座3a的水平度，以避免力传感器8a倾斜，优选的，所述液压组件4a的活塞端连接于中间连接座2a的中心处。
当然，可以仅依靠液压组件4a对中间连接座2a进行支撑，但是，支撑点少，不利于保证支撑的稳定性，故，优选的，在所述液压组件4a的两侧分别设置有一根肘形支撑件6a；两根肘形支撑件6a关于液压缸42a中心线对称；所述肘形支撑件6a一端与底座1a铰接，另一端与中间连接座2a铰接；且所述肘形支撑件6a通过两个传动杆61a铰接而成。通过液压缸42a及肘形支撑件6a进行支撑，支撑力度大，稳定性更高。
两根肘形支撑件6a可以形成x形，但是压缩时，肘形支撑件6a向液压组件4a方向压缩，易发生干涉，从而缩短压缩距离，故，优选的，两根肘形支撑件6a包围形成平行四边形结构。
液压组件4a可以仅为液压缸，但是，为了增大液压刚的刚度，优选的，如图3和图4所示，所述液压组件4a包括支撑座41a和液压缸42a；所述支撑座41a上设置有沿其轴向贯通其底部的空腔411a，并设置有由其空腔411a沿其轴向贯通支撑座41a顶端的通孔412a，且所述空腔411a与通孔412a同轴；所述液压缸42a的缸体安装于空腔411a内，其活塞杆穿过通孔412a与中间连接座2a的底部相连接。通过通孔412a规范活塞杆的伸缩路径，可以提高中间连接座2a及其上方托举座3a等部件运动的稳定性，有利于防止中间连接座2a及其上方托举座3a倾斜。还增加了活塞杆的支撑点，提高了活塞杆的刚度，延长其使用寿命。
优选的，所述支撑座41a为由下至上逐渐内收的圆台状。
如图5所示，mts三轴传感器对位安装装置：主杆2b，副杆14b，限位套杆3b，对孔套杆5b和相关附属构件，所述主杆2b用于中心螺纹孔对孔，副杆14b用于限位孔对孔，套于主杆2b外的筒形套杆限位套杆3b用于保证主杆2b与所述副杆14b保持水平且主杆2b和副杆14b的中心间距等于中心螺纹孔和外围限位孔中心间距，主杆2b和副杆14b之间的刚性连接保证了主杆2b与副杆14b之间保持水平且主杆2b和副杆14b的中心间距等于中心螺纹孔和外围限位孔，所述中心螺纹孔和外围限位孔均位于mts试验机上，所述限位套杆3b上设置有两个牛腿结构上牛腿15b和下牛腿16b，所述上牛腿15b的端部圆孔轴线与下牛腿16b端部圆孔轴线重合，所述上牛腿15b的端部圆孔轴线与下牛腿16b端部圆孔轴线平行于主杆2b的轴线，
所述副杆14b上固定有圆形磁块6b，所述圆形磁块6b用于吸附副杆14b外套设的对孔套杆5b，所述对孔套杆5b的内径与传感器上设置的限位孔内钢销内径相等，在所述对孔套杆5b上进行标记，标记出第一刻度线和第二刻度线，所述第一刻度线对应放松或对孔状态，所述第二刻度线对应收缩和寻孔状态，
所述主杆2b由螺纹杆17b，光滑圆柱18b和带水平孔的光滑圆柱19b三部分构成，所述螺纹杆17b可旋转进入试验机三轴室内实心刚性柱13b下端的螺纹孔，所述光滑圆柱位于主杆2b中部，所述限位套杆3b套于光滑圆柱18b上，
所述主杆2b上设置有水平柱形短杆1b，所述水平柱形短杆1b穿过主杆2b的带水平孔的光滑圆柱19b上设置的圆孔，所述水平柱形短杆1b在插入带水平孔的光滑圆柱19b的圆孔后可旋转主杆2b使螺纹杆17b试验机三轴室内实心刚性柱13b下端的螺纹孔。
所述副杆14b由副杆杆头主体9b和副杆主体20b构成，所述副杆主体20b为圆柱杆，所述副杆杆头主体9b通过弹簧8b与副杆主体20b相连，副杆14b上部副杆杆头主体9b设置有可滚动钢球10b，所述副杆杆头主体9b外径小于外围限位孔内径，副杆杆头主体9b可深入限位孔，所述副杆主体20b通过水平柱形销钉7b固定在上牛腿15b上，所述副杆14b主体为圆柱杆，副杆14b上部副杆杆头主体9b设置有可滚动钢球10b，所述副杆杆头主体9b外径小于外围限位孔内径，副杆杆头主体9b可深入限位孔。
主杆2b上还设置有水平柱形短杆1b，所述水平柱形短杆1b穿过主杆2b的带水平孔的光滑圆柱19b上设置的圆孔，所述水平柱形短杆1b在插入带水平孔的光滑圆柱19b的圆孔后可旋转主杆2b使螺纹杆17b试验机三轴室内实心刚性柱13b下端的螺纹孔，所述水平柱形短杆1b在主杆2b上螺纹杆17b进入螺纹孔时候提供外力作力点。
限位套杆3b为筒形套杆，所述限位套杆3b上设置有两个牛腿结构上牛腿15b和下牛腿16b，所述上牛腿15b的端部圆孔轴线与下牛腿16b端部圆孔轴线重合，所述上牛腿15b的端部圆孔轴线与下牛腿16b端部圆孔轴线平行于主杆2b的轴线。
主杆2b与副杆14b保持水平且主杆2b和副杆14b的中心间距等于中心螺纹孔和外围限位孔中心间距，上牛腿15b的端部圆孔轴线与下牛腿16b端部圆孔轴线重合，上牛腿15b的端部圆孔轴线与下牛腿16b端部圆孔轴线平行于主杆2b的轴线。
副杆14b由副杆主体20b和副杆杆头主体9b构成，所述副杆杆头主体9b设置有可滚动钢球10b，所述副杆杆头主体9b外径小于外围限位孔内径，所述副杆主体20b上设置有水平柱形销钉7b。
优选地，所述弹簧8b可以为生耳等可伸缩的刚性连接体。
如图6所示，为限位孔准确对孔装置的放松或对孔状态，所述副杆主体4b下端处于上刻度线11b处，其中，放松是指副杆14b可以自由伸缩，对孔是指副杆杆头主体9b进入实心刚性柱下13b端的限位孔。当处于放松状态时，弹簧8b处于自由状态，此时弹簧8b的长度等于原长；当处于对孔状态时，弹簧8b发生形变，尚未进入锁定状态，此时弹簧8b长度小于原长。
如图7所示，为限位孔准确对孔装置的收缩或寻孔状态，所述副杆主体4b下端处于下刻度线12b处，其中，收缩指对孔完成后收缩副杆使杆头退出实心刚性柱13b下端的限位孔，寻孔指主杆螺纹杆段进入实心刚性柱13b下端的中心螺纹孔后副杆随套杆旋转过程中寻找限位孔。当处于收缩状态时，弹簧8b发生弹性形变使长度缩短，此时，弹簧8b长度小于原长，可以从限位孔内推出，当处于寻孔状态时，弹簧8b处于锁定状态，弹性形变量达到最大，此时弹簧8b的长度小于原长，弹簧8b在寻孔过程中保持形变量最大能够有效减小弹簧8b发生扭转变形，减少副杆杆头主体9b在寻孔过程中的位移，提高寻孔精度。