[发明专利]一种含天然气水合物的海洋能源土与结构接触面力学特性的测试装置和测试方法

权利要求书

1.一种含天然气水合物的海洋能源土与结构接触面力学特性的测试装置，其特征在于，包括：密封压力室、侧向加载剪切器、轴向加载器、气压罐、温度制冷器和数据传输采集处理器，其中：侧向加载剪切器、轴向加载器、气压罐分别与密封压力室连接，实现气体压力施加和不同应力方式、不同应力路径的加载；侧向加载剪切器和轴向加载器内部设置有应力位移传感器，实现对轴向和侧向的应力位移数值采集；温度制冷器将密封压力室内部空间无缝包围，实现对实验温度的控制；数据传输采集处理器分别与密封压力室、侧向加载剪切器、轴向加载器、温度制冷器、气压罐相连，定时采集试验数据并予以存储处理；侧向加载剪切器包括：圆形滑动底座、传力杆和伺服压力机；密封压力室内设有土试样容器和结构物；圆形滑动底座设于密封压力室底部，结构物与轴向加载器相连，土试样容器放置于圆形滑动底座上；土试样容器壁上设置有弹簧装置，可以忽略试验土样体积变化带来的影响，使结构物始终与试验土样保持接触状态；弹簧装置顶部设有滑轮，以减少结构物与土试样容器之间的滑动摩擦。

2.根据权利要求1所述的含天然气水合物的海洋能源土与结构接触面力学特性的测试装置，其特征在于，密封压力室的内壁设置有温度制冷器，温度制冷器将密封压力室内部空间无缝包围；温度施加范围值为-15℃～30℃，控温精度为±0.1℃。

3.根据权利要求1所述的含天然气水合物的海洋能源土与结构接触面力学特性的测试装置，其特征在于，气压罐通过位于密封压力室盖板上的注气孔稳定施加气压；气压施加范围值为0～20MPa。

4.根据权利要求1所述的含天然气水合物的海洋能源土与结构接触面力学特性的测试装置，其特征在于，轴向加载器提供轴向压力使结构物与水合物试样接触，侧向加载剪切器带动土试样容器相对于结构物运动，用于实现不同应力方向的加载。

5.根据权利要求1所述的含天然气水合物的海洋能源土与结构接触面力学特性的测试装置，其特征在于，数据传输采集处理器由电子数据传感器、数据交换口和计算处理器组成；数据传输采集处理器分别与密封压力室、土试样容器、结构物、侧向加载剪切器、轴向加载器、气压罐、温度制冷器相连，定时采集实验数据，并传输至计算机后处理器予以存储、计算处理。

6.一种含天然气水合物的海洋能源土与结构接触面力学特性的测试方法，采用权利要求1-5之一所述的测试装置，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、将试验土样安装至土试样容器内，并调整侧向加载剪切器至初始值，盖上密封压力室盖板，检查密封压力室气密性；

(2)、对密封压力室通过气压罐注入甲烷，将密封压力室内空气用甲烷冲洗干净，再将密封压力室内气压稳定施加至预定压力；

(3)、通过温度制冷器降低密封压力室内温度至反应所需温度，随着温度降低以及水合物形成，压力室内压力逐渐降低，当压力室内压力保持不变时，天然气水合物已成功生成；

(4)、通过轴向加载器调整结构物位置使其与水合物试样接触，并调节轴向压力至预定值；缓慢施加水平荷载，水合物土样与结构面产生剪切变形，由此测试得到含天然气水合物的海洋能源土与结构接触面力学特性；

(5)、数据传输采集处理器定时采集实验数据，并传输至计算机后处理器予以存储、计算处理。