[發明專利]利用軸向對中定位裝置進行巖石直接拉伸的試驗方法

有效

• 申請號: 201310289705.5
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN103323329A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 張強勇;張緒濤;向文;王超;袁圣渤;王有法
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/08
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本發明涉及一種巖石拉伸試驗技術，尤其是一種利用軸向對中定位裝置進行巖石直接拉伸的試驗方法。

背景技術

目前，地下工程巖體的應力狀態常常很復雜，有的部位處于壓縮應力狀態，而有的部位則處于拉伸應力狀態，巖體的破壞模式不僅僅是剪切破壞，有時也會呈現拉破壞或拉剪破壞，這就需要測試巖石在拉伸條件下的力學變形與破壞特性。由于巖石類材料最顯著的特點就是抗拉強度遠小于抗壓強度，所以圍巖的破壞常常從拉應力區開始，繼而出現拉破壞或拉剪破壞。因而研究拉應力作用下特別是單軸拉伸條件下巖石的力學特性具有重要的理論意義和工程應用價值。

然而，在巖石力學領域，巖石力學特性的試驗研究主要集中在壓應力條件下巖石的力學響應，包括單軸、雙軸和三軸壓縮試驗等；而對拉應力作用下巖石的力學特性研究相對較少。目前，關于巖石的抗拉強度通常采用巴西圓盤劈裂試驗測得，少數學者開展了巖石直接拉伸的試驗研究。但是由于試驗方法和配套裝置的限制，目前還無法準確測試單軸拉伸條件下巖石的力學特性，如：抗拉強度、極限拉應變、拉應力-應變曲線。

目前國內關于巖石直接拉伸試驗的研究現狀如下：

（1）《金屬礦山》1995年第3期介紹了一種命名為SX-1的夾持裝置，該裝置設有萬向活接，能消除試件拉伸時的偏心，但是夾持裝置直接與試件端部相連，易在夾持部位出現應力集中。

（2）《中國礦業大學學報》1999年第3期介紹了一種直接單向拉伸的試驗方法，該方法采用特殊形狀的夾具和巖石試件，試件形狀復雜、加工難度大，不易推廣使用。

（3）《工程勘察》2011年第4期介紹了一種巖石直接拉伸的試驗裝置，該裝置上下均設置了轉向機構，可以消除試驗過程中的偏心，但是巖石試件需要與裝置的上下拉頭粘接，在粘接時無法保證試件與上下拉頭嚴格對中。

（4）《焦作工學院學報》（自然科學版）2004年第3期介紹了兩種巖石直接拉伸的試驗方法，一是利用伍德合金連接試件，二是用粘接劑直接將試件粘接在試驗機壓頭上。上述兩種方法均將試件直接連接在試驗機上，沒有設置轉向機構，試驗過程中無法避免巖石試件偏心受拉。

（5）《巖石力學與工程學報》2005年第3期介紹了一種巖石直接拉伸試驗方法，自行設計了拉-壓轉換器，用504高級萬能粘接劑將試件粘接在拉塊上，巖石試件使用磨光機加工，但是沒有設置轉向機構，仍然不能完全消除偏心的影響。

（6）《河南理工大學學報》2006年第4期介紹了一種可以加圍壓的直接拉伸的試驗裝置，該裝置采用粘接劑將試件與上下拉頭粘接，但是沒有設置轉向機構，無法消除偏心的影響。

（7）《巖土力學》2008年第1期介紹了一種可對同一巖石試樣進行壓縮和直接拉伸試驗的試驗裝置，該試驗裝置在上下兩端均設置了轉向機構，可以消除偏心的影響；但是無法保證試件與上下拉頭粘接時嚴格對中。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種利用軸向對中定位裝置進行巖石直接拉伸的試驗方法，該裝置構造簡單、操作方便、裝卸容易，解決了巖石試件粘接受拉時的偏心問題，試驗方法不僅可以精確測試巖石的抗拉強度，還可以有效測試巖石的極限拉應變和拉應力-應變曲線。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種利用軸向對中定位裝置進行巖石直接拉伸的試驗方法，所述軸向對中定位裝置包括相配套的粘接對中定位裝置和拉伸對中定位裝置，所述粘接對中定位裝置包括立柱，立柱下端固定于底板上，立柱上由上至下依次套裝有上拉頭定位套、試件夾緊套、活瓣托板、試件托板、下拉頭定位套，所述上拉頭定位套、試件夾緊套、活瓣托板和下拉頭定位套遠離立柱一端上均設有同軸的套筒；上拉頭定位套、試件夾緊套通過旋轉手輪相連；上拉頭定位套和活瓣托板均固定安裝在立柱上，試件夾緊套通過鍵和豎向鍵槽活動安裝于立柱上，試件托板和下拉頭定位套均通過鍵和水平鍵槽活動安裝于立柱上；所述試件夾緊套的套筒內側面為上小下大的錐形結構，該錐形套筒中均布有三片外側面為錐面的楔形夾緊活瓣，三片楔形夾緊活瓣內側面為圓柱面，楔形夾緊活瓣的下端位于活瓣托板上；所述拉伸對中定位裝置包括對稱設置的上下拉桿、上下球鉸、上下T型滑槽、上下T型滑塊，上下拉桿分別連接于上下球鉸的兩端，上下球鉸分別與上下T型滑槽相連，上下T型滑塊一端分別卡設于上下T型滑槽中；

通過粘接對中定位裝置和拉伸對中定位裝置，能夠在萬能試驗機上準確測試巖石試件的抗拉強度、極限拉應變和拉應力-應變曲線，具體步驟如下：

1）將巖石試件連同楔形夾緊活瓣放入試件夾緊套中，試件下端用試件托板托?。?/p>