[發明專利]巖石直接拉伸試驗的夾具及基于該夾具的試驗方法

有效

• 申請號: 201810322299.0
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108225904B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 張茹;謝和平;任利;高明忠;查爾晟;艾婷;劉洋;張澤天;張朝鵬;賈哲強
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N3/04
• 分類號: G01N3/04;G01N3/08
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

1.巖石直接拉伸試驗的夾具，其特征在于，包括上壓頭(1)及下壓頭(5)，下壓頭(5)頂部設置有中空的滑動槽(4)，滑動槽(4)包括平行設置的兩條滑輪移動邊，還包括兩組啞鈴狀輪軸及兩條拉伸鏈桿(7)，啞鈴狀輪軸包括通過拉伸軸(8)相連接的兩個滑動輪軸(3)，這兩個滑動輪軸分別能夠在兩條滑輪移動邊上滑動，每條拉伸軸(8)各與一條拉伸鏈桿(7)的一端相連，兩條拉伸鏈桿(7)的另一端分別與試件的兩端相連，還包括設置于兩條拉伸軸(8)之間的楔形壓板(2)，楔形壓板(2)為兩個完全相同的變弧度壓板，楔形壓板的側邊從底端到頂端隨著曲率半徑逐漸增大，切線與垂直向夾角逐漸減小；楔形壓板(2)的頂端長度大于底端長度，在試件前方及后方分別塞入一塊楔形壓板，在上壓頭(1)的作用下，楔形壓板(2)能夠逐漸下降，隨著楔形壓板(2)的下降，兩條拉伸軸(8)間距增大，兩條拉伸鏈桿(7)被拉伸，從而實現試件的拉伸。

2.如權利要求1所述的夾具，其特征在于，試件為狗骨頭狀，包括圓柱主體(61)，圓柱主體(61)兩端各設有一個圓盤狀的試件拉頭(62)，試件拉頭(62)的直徑大于圓柱主體(61)的直徑。

3.如權利要求1所述的夾具，其特征在于，滑動槽(4)為長方體狀網架結構，由12根實心鋼管相互焊接而成，在滑動槽(4)頂部四個連接點處分別設置有一個實心固定塊。

4.如權利要求2所述的夾具，其特征在于，試件拉頭外側設有試件夾頭，試件夾頭上設置有插銷槽，拉伸軸上也設有插銷槽，拉伸鏈桿為高拉伸強度的鋼制桿件，拉伸鏈桿的兩端都設置有插銷槽，通過與插銷槽相匹配的插銷將拉伸鏈桿分別與試件夾頭及拉伸軸相連。

5.如權利要求1所述的夾具，其特征在于，滑動槽頂部設置有導軌，滑動輪軸能夠在導軌上自由滑動。

6.如權利要求1所述的夾具，其特征在于，楔形壓板(2)厚度為4～6mm，楔形壓板底端長度略小于試件加兩端拉伸鏈桿的總長度，楔形壓板頂端長度略大于試件加兩端拉伸鏈桿的總長度。

7.如權利要求6所述的夾具，其特征在于，在兩個楔形壓板頂部之間設置有連接板，上壓頭作用在連接板上，通過連接板將力的作用傳遞給兩塊楔形壓板。

8.如權利要求1所述的夾具，其特征在于，上壓頭為圓柱狀或長方體狀實心鋼壓塊，下壓頭的大小及形狀與上壓頭相同。

9.巖石直接拉伸試驗方法，其特征在于，基于如權利要求1～8中任一權利要求所述的巖石直接拉伸試驗的夾具，包括以下步驟：

A.選用符合要求尺寸及質量的巖石試件，記錄試件的基本數據，并在試件的兩端貼覆試件夾頭，基本數據包括試件內徑D₂；

B.選用合適的上下壓頭，并記錄上壓頭的質量m₀，將下壓頭放置在試驗機底部壓頭上，并將滑動槽放置在下壓頭上，使得試驗機底部壓頭、下壓頭底面中心與試驗機底部壓頭中心對齊，通過拉伸鏈桿將試件固定在滑動槽的滑動輪軸間的拉伸軸上；

C.將楔形壓板垂直塞入滑動輪軸中間，從上而下擠壓楔形壓板，使楔形壓板與滑動輪軸兩側緊密貼合，裝配上壓頭，使上壓頭頂部中心與試驗機上部壓頭中心對齊；

D.在試件中部軸向安裝軸向引伸計，環向安裝環向引伸計，略微升高機器位移直到上壓頭與機器上壓頭緊密壓緊，以恒定軸向位移加載速率進行加載，直至實驗結束，記錄相關數據，可測量獲得巖石試件在拉伸過程中完整的應力應變曲線，記錄巖石應力應變曲線的應力達到峰值時楔形壓板與拉伸軸交點處的傾斜角度值，并將其記錄為峰值傾角值θ，試件軸向應力的峰值P_cr；

E.根據記錄的數據計算巖石拉伸強度σ_t＝2*(P_cr+m₀g)*tanθ/(πD₂²)，其中，P_cr為軸向應力的峰值，m₀為上壓頭質量，D₂為試件直徑，θ為峰值傾角值。

10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，步驟B中通過拉伸鏈桿將試件固定在滑動槽的滑動輪軸間的拉伸軸上，具體為，在兩個試件夾頭外側分別連接拉伸鏈桿，并將拉伸鏈桿的另一端各與一個拉伸軸相連，拉伸鏈桿的兩端上預留有插銷槽，利用與插銷槽相匹配的插銷將拉伸鏈桿與試件夾頭、拉伸軸相連。