【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土体有效应力测试领域，尤其涉及一种气固耦合岩土体变刚度有效应力测试装置。
技术介绍
1、公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、在气固环境岩土体中，有效应力指通过岩土体粒间接触面传递的平均法向应力，决定了岩土体的受力、变形与损伤破坏，其准确测试非常重要。针对气固环境岩土体中的有效应力测试，目前普遍采用间接测试方法，即：首先分别测试总应力 σ、气体压力 p、有效应力系数 α，然后通过公式计算得到有效应力。例如，申请号cn201710403114.4的专利文献公开的一种确定岩石有效应力系数的方法，通过三轴加卸载试验获取有效应力系数 α，进而通过以上公式计算有效应力。申请号cn201410320028.3的专利文献公开的一种基于孔隙压缩实验确定岩石有效应力系数的方法，通过孔隙压缩实验确定岩石有效应力系数 α，进而通过以上公式计算有效应力。上述方法对于总应力和气体压力的测试同步性要求较高，在气压、应力快速变化时的高频采集中测试误差较大。
3、除此之外，现有的有效应力测试技术测试时，如果测试装置与被测材料的刚度不同（相同有效应力下变形不同），测试装置将无法与被测材料同步、协调变形，导致被测材料的应力分布被测试装置影响，且被
4、当被测材料刚度<测试装置刚度时，例如，当在气固耦合的砂子中布设铝壳材质应力测试装置时，在应力作用下被测材料由于弹性模量小而发生了较大变形，但测试装置由于刚度很大，产生变形较小，从而由于测试装置的存在直接影响了被测材料的协调变形，进而导致有效应力测试结果不准。
5、当被测材料刚度>测试装置刚度，例如，当在气固耦合混凝土中布设铝壳材质应力测试装置时，在应力作用下被测材料由于弹性模量大仅发生了极小变形，测试装置产生同步变形，由于测试装置刚度小，换算出的应力较小，进而导致应力测试结果不准。
技术实现思路
1、针对上述的问题，本专利技术提出一种气固耦合岩土体变刚度有效应力测试装置，其能够实现高压气固耦合岩土体有效应力的直接测试及测试装置刚度的无极调整，进而提高了有效应力测试的准确性，并且提高了本专利技术测试装置的适应范围。具体地，本专利技术的技术方案如下所示。
2、一种气固耦合岩土体变刚度有效应力测试装置，包括：缸体、反力环、密封盖、传力杆、压变活塞、薄膜压力传感器。其中：所述反力环为环形结构，其水平固定在所述缸体的内侧壁上，且所述反力环与缸体的刚性透气底面之间形成气腔。所述密封盖盖合在缸体的上端口上，所述传力杆位于缸体中，且该传力杆的上端面穿过密封盖，传力杆的下端面穿过反力环且与所述气腔连通。所述传力杆的侧壁与密封盖、反力环之间均滑动密封连接。所述气腔通过传力杆与其上端的外部空间连通。所述压变活塞为环形结构，其水平套在所述传力杆的外侧壁上且二者密封固定连接，且该压变活塞的外侧壁与缸体内侧壁滑动密封连接。所述压变活塞位于密封盖下方，压变活塞和反力环之间的空间形成液压腔。所述薄膜压力传感器设置在压变活塞的下表面或者反力环的上表面上。
3、进一步地，所述传力杆中具有贯穿的透气孔道，该透气孔道的下端与所述气腔连通，该透气孔道的上端与所述传力杆上端的外部空间连通，且至少所述透气孔道的上端口具有透气填充物。
4、进一步地，还包括变刚度活塞、弹簧和伸缩机构。其中：所述变刚度活塞为环形结构，其水平套在所述传力杆的外侧壁上且二者密封滑动连接，且该变刚度活塞位于所述压变活塞下方，二者之间的空间形成所述液压腔，且变刚度活塞与所述反力环之间的空间形成变刚度腔。所述薄膜压力传感器设置在压变活塞的下表面或者变刚度活塞的上表面上。所述变刚度活塞与缸体的内侧壁之间滑动密封连接。所述弹簧套在传力杆的侧壁上，且该弹簧位于所述变刚度腔中，该弹簧的上、下两端分别抵接在所述变刚度活塞的下表面和反力环的上表面上。所述伸缩机构滑动穿过反力环后与所述变刚度活塞的下表面连接，以便调节所述变刚度活塞与反力环之间的距离，实现所述弹簧的刚度的调节。
5、进一步地，所述弹簧为弹簧丝直径自上而下逐渐增大的变刚度弹簧/刚度渐增型弹簧。
6、进一步地，所述反力环的上表面具有环形凹槽，所述弹簧的下部位于所述环形凹槽中。
7、进一步地，所述伸缩机构包括套筒螺母和螺杆。其中：所述套筒螺母的外壁光滑，内腔侧壁上具有内螺纹。所述螺杆的下部位于套筒螺母的内腔中且二者螺纹连接。所述套筒螺母活动穿过反力环后位于所述变刚度腔中，所述螺杆的上端与变刚度活塞的下表面固定连接。优选地，所述套筒螺母的侧壁和反力环之间活动密封连接。
8、进一步地，所述缸体的外侧壁上设置有注油嘴，以便向所述液压腔中注入液压油，使用时所述液压腔中充满液压油。
9、进一步地，所述透气底面与缸体可拆卸连接。
10、进一步地，所述密封盖的上表面上围绕传力杆设置有柔性层。可选地，所述柔性层的材质包括聚氨酯、橡胶等中的任意一种。
11、进一步地，所述刚性透气底面具有透气孔，既可承受应力又可使气体透过。可选地，所述刚性透气底面采用多孔透气钢制成。
12、进一步地，所述透气孔道由多孔透气钢填充，从而既能够导通传力杆两端，又能够承受良好的压力。
13、与现有技术相比，本专利技术至少具有以下方面的有益技术效果：
14、（1）本专利技术的有效应力测试装置通过在传力杆中设置透气孔道，并且将缸体底部设置为刚性透气底面，从而在测试时使传力杆两端承受的气压相互抵消，使传力杆的端部只承受来自气固耦合岩土体的有效应力，消除了岩土体中气体的压力导致测试结果不准确的问题。同时，本专利技术还通过所述压变活塞、反力环及其之间的液压腔与薄膜压力传感器构成的特殊结构，在测试时使传力杆承受的有效应力可通过所述薄膜压力传感器直接监测得到，可实现气固耦合岩土体中有效应力的直接测试，提高了气压、应力快速变化时有效应力测试的准确性。
15、（2）本专利技术的有效应力测试装置还通过将所述变刚度活塞与缸体、传力杆之间滑动密封连接后再与所述弹簧、伸缩机构等共同构建形成本专利技术的变刚度机构，可实现有效应力测试过程中测试装置刚度的无极调节，使本专利技术的测试装置在针对不同刚度的被测材料（如气固耦合岩土体等）时，可进行调节并与被测材料保持协调一致的变形程度，提高了测试装置的适用范围及有效应力测试的准确性。
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1.一种气固耦合岩土体变刚度有效应力测试装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的气固耦合岩土体变刚度有效应力测试装置，其特征在于，还包括变刚度活塞、弹簧和伸缩机构；其中：所述变刚度活塞为环形结构，其水平套在所述传力杆的外侧壁上且二者密封滑动连接，且该变刚度活塞位于所述压变活塞下方，二者之间的空间形成所述液压腔，且变刚度活塞与所述反力环之间的空间形成变刚度腔；所述薄膜压力传感器设置在压变活塞的下表面或者变刚度活塞的上表面上；所述变刚度活塞与缸体的内侧壁之间滑动密封连接；所述弹簧套在传力杆的侧壁上，且该弹簧位于所述变刚度腔中，该弹簧的上、下两端分别抵接在所述变刚度活塞的下表面和反力环的上表面上；所述伸缩机构滑动穿过反力环后与所述变刚度活塞的下表面连接。
3.根据权利要求2所述的气固耦合岩土体变刚度有效应力测试装置，其特征在于，所述弹簧为弹簧丝直径自上而下逐渐增大的变刚度弹簧/刚度渐增型弹簧；或者，所述反力环的上表面具有环形凹槽，所述弹簧的下部位于所述环形凹槽中。
4.根据权利要求2所述的气固耦合岩土体变刚度有效应力测试装置，其特征在于，所
5.根据权利要求1所述的气固耦合岩土体变刚度有效应力测试装置，其特征在于，所述传力杆中具有贯穿的透气孔道，该透气孔道的下端与所述气腔连通，该透气孔道的上端与所述传力杆上端的外部空间连通；且至少所述透气孔道的上端口具有透气填充物。
6.根据权利要求5所述的气固耦合岩土体变刚度有效应力测试装置，其特征在于，所述透气孔道由多孔透气钢填充。
7.根据权利要求1-6任一项所述的气固耦合岩土体变刚度有效应力测试装置，其特征在于，所述透气底面与缸体可拆卸连接。
8.根据权利要求1-6任一项所述的气固耦合岩土体变刚度有效应力测试装置，其特征在于，所述缸体的外侧壁上设置有与所述液压腔连通的注油嘴；使用时所述液压腔中充满液压油。
9.根据权利要求1-6任一项所述的气固耦合岩土体变刚度有效应力测试装置，其特征在于，所述密封盖的上表面上围绕传力杆设置有柔性层；或者，所述柔性层的材质包括聚氨酯、橡胶中的任意一种。
10.根据权利要求1-6任一项所述的气固耦合岩土体变刚度有效应力测试装置，其特征在于，所述刚性透气底面具有透气孔；或者，所述刚性透气底面采用多孔透气钢制成。
...【技术特征摘要】
1.一种气固耦合岩土体变刚度有效应力测试装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的气固耦合岩土体变刚度有效应力测试装置，其特征在于，还包括变刚度活塞、弹簧和伸缩机构；其中：所述变刚度活塞为环形结构，其水平套在所述传力杆的外侧壁上且二者密封滑动连接，且该变刚度活塞位于所述压变活塞下方，二者之间的空间形成所述液压腔，且变刚度活塞与所述反力环之间的空间形成变刚度腔；所述薄膜压力传感器设置在压变活塞的下表面或者变刚度活塞的上表面上；所述变刚度活塞与缸体的内侧壁之间滑动密封连接；所述弹簧套在传力杆的侧壁上，且该弹簧位于所述变刚度腔中，该弹簧的上、下两端分别抵接在所述变刚度活塞的下表面和反力环的上表面上；所述伸缩机构滑动穿过反力环后与所述变刚度活塞的下表面连接。
3.根据权利要求2所述的气固耦合岩土体变刚度有效应力测试装置，其特征在于，所述弹簧为弹簧丝直径自上而下逐渐增大的变刚度弹簧/刚度渐增型弹簧；或者，所述反力环的上表面具有环形凹槽，所述弹簧的下部位于所述环形凹槽中。
4.根据权利要求2所述的气固耦合岩土体变刚度有效应力测试装置，其特征在于，所述伸缩机构包括套筒螺母和螺杆；其中：所述套筒螺母的外壁光滑，内腔侧壁上具有内螺纹；所述螺杆的下部位于套筒螺母的内腔中且二者螺纹连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：张冰，王汉鹏，王伟，李梦天，杜倩姿，李清川，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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