[发明专利]基于变形可控承压环的变刚度岩石力学试验系统及试验方法

权利要求书

1.基于变形可控承压环的变刚度岩石力学试验系统，其特征在于，包括加载装置、变刚度调节装置、数据监测系统以及控制系统；其中：

加载装置包括外框架、加载油缸、升降式加载梁、蓄能弹簧以及加载梁升降驱动机构；

加载油缸的缸体安装于外框架的顶部，且加载油缸朝向下方；

加载梁升降驱动机构与升降式加载梁相连，且用于带动所述升降式加载梁上下运动；

所述加载梁升降驱动机构包括多个竖向设置的滚珠丝杠以及丝杠驱动电机；

其中，每个滚珠丝杠的上端通过一个顶部丝杠支撑座安装于外框架的顶部，每个滚珠丝杠的下端通过一个底部丝杠支撑座安装于外框架的底座上；

所述升降式加载梁对应每个滚珠丝杠的螺母处分别设有一个螺母穿孔，每个所述滚珠丝杠的螺母分别经由一个所述螺母穿孔向上穿过所述升降式加载梁；

各个所述滚珠丝杠的螺母与各自对应的螺母穿孔内壁之间分别设有滚珠轴承；

蓄能弹簧有多个，且分别一一对应设置在每个滚珠丝杠的螺母处；其中，蓄能弹簧的上端与升降式加载梁的底部相连，下端与滚珠丝杠的螺母的下部相连；

变刚度调节装置包括承压环、刚度调节油缸、缓冲弹簧以及限位索；

其中，承压环顶梁连接在升降式加载梁的底部；刚度调节油缸位于承压环的内侧，刚度调节油缸的缸体固定于承压环顶梁上，且刚度调节油缸朝向下方；

缓冲弹簧的上端与刚度调节油缸的缸体相连，下端与刚度调节油缸的活塞杆相连；

限位索有多个，且各个限位索的顶部和底部分别对应连接在所述承压环顶梁和底梁上；

数据监测系统包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器以及位移传感器；

其中，第一压力传感器设置于所述加载油缸与升降式加载梁之间；

第二压力传感器设置于刚度调节油缸与承压环底梁之间；

第三压力传感器设置于外框架的底座上，该第三压力传感器的上方为试件放置区；

位移传感器的一端连接在承压环顶梁上，另一端连接在承压环底梁上；

其中，加载油缸、丝杠驱动电机、刚度调节油缸、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器以及位移传感器分别通过线缆与所述控制系统相连。

2.根据权利要求1所述的基于变形可控承压环的变刚度岩石力学试验系统，其特征在于，

所述承压环由弹簧钢制成的；承压环的侧壁为弧形侧壁。

3.根据权利要求1所述的基于变形可控承压环的变刚度岩石力学试验系统，其特征在于，

所述限位索是由钢丝绳或钢索制成的。

4.一种试验系统超大刚度加载试验方法，基于权利要求1至3任一项所述的基于变形可控承压环的变刚度岩石力学试验系统，其特征在于，所述试验方法包括如下步骤：

I.1. 控制系统控制加载油缸对升降式加载梁进行加载；

I.2. 升降式加载梁受载之后，同时对所述蓄能弹簧以及变刚度调节装置进行加载，进而通过变刚度调节装置对放置于外框架的底座上方的试件进行加载；

I.3. 对试件持续加载至其发生失稳破坏，试件失稳破坏后，控制系统控制加载油缸停止加载，蓄能弹簧向上回弹，带动升降式加载梁，使其向上紧贴加载油缸，实现超大刚度加载。