[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

試驗的夾具及基于該夾具的試驗方法，屬于巖石力學測試領域。該夾具能夠直接用于巖石三軸力學試驗機，包括上壓頭及下壓頭，下壓頭頂部設置有中空的滑動槽，滑動槽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，啞鈴狀輪軸包括通過拉伸軸相連接的兩個滑動輪軸，這兩個滑動輪軸分別能夠在兩條滑輪移動邊上滑動，每條拉伸軸各與一條拉伸鏈桿的一端相連，兩條拉伸鏈桿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之間的楔形壓板，楔形壓板的頂端長度大于底端長度，在上壓頭的作用下，楔形壓板能夠逐漸下降，隨著楔形壓板的下降，兩條拉伸軸間距增大，兩條拉伸鏈桿被拉伸，以拉伸試件；適用于開展巖石拉伸強度測試。

技術領域

本發明屬于巖土力學測試領域，涉及一種能夠在傳統巖石力學試驗機上實現巖石直接拉伸試驗的夾具及基于該夾具進行巖石拉伸強度測試的試驗方法。

背景技術

巖石的破壞形式大多可分為以下三類：脆性破壞、延性破壞和弱面剪切破壞。而巖石發生破壞主要是由剪力、壓力、拉力中的一種或多種因素引起的，因此研究巖石的抗拉強度對研究巖石的破壞形式及破壞準則有著相當重要的意義。

由于巖石的抗拉強度較小，對巖石進行直接拉伸試驗比較困難，因此目前室內測量巖石的拉伸強度主要是通過間接拉伸方法來進行。其中，最廣泛使用的方法是劈裂法(巴西劈裂法)測定巖石的抗拉強度。劈裂法是利用圓柱型試件通過向其直徑方向施加集中壓力實現的，步驟簡單，易于操作，只需要一臺巖石壓力機即可進行。然而，通過該方法確定的抗拉強度與直接拉伸試驗測得的拉伸強度存在一定誤差，且難以獲得拉伸全應力應變曲線。

如圖1所示是現有技術中巖石直接拉伸試驗選用的裝置，在試件6上下兩側分別設置有上端帽12和下端帽13，上端帽12連接有拉伸鏈條15，下端帽13底部與墊板11連接，試件固定槽14與墊板11連接，墊板11下方有剛性套筒16支撐，拉伸鏈條15用插銷與試件固定槽14連接，由于墊板11與下端帽13的試件固定槽14之間有一定間隙，剛性套筒16不能在整個試驗過程中對試件及下端帽的重量起有效的支撐作用。當試件所受拉應力達到峰值后，在破壞面以下的試件、下端帽13和下部的拉伸鏈條15所受重力的作用下，試件發生突然破壞，導致目前測量的巖石拉伸強度存在進一步的誤差，進行峰值應力后力學效應測試也較為困難，也存在破壞后的試樣掉落導致引伸計等傳感器或其接口等被損壞的風險。盡管目前已有一些研究針對巖石拉伸試件及夾具進行改進，但都不能避免重力對巖石拉伸破壞時產生的影響。另一方面，為了測試得到巖石峰后應力應變結果需降低軸向加載速率，傳統直接拉伸實驗是通過降低線性可變差動變壓器LVDT速率加以控制，對于未配置LVDT的設備難以實現峰后測試，且設備的最低加載速率是有限的，不能無限制降低該加載速率。因此，亟需一種能夠有效降低重力影響、提高結果準確度、并可以利用傳統巖石壓力機且能在傳統巖石壓力機最低加載速率基礎上進一步降低加載速率的巖石直接拉伸強度和破壞行為測試的巖石直接試驗系統及方法。

同時，現有技術中針對巖石抗壓強度的研究較多，室內利用傳統巖石力學試驗機測量巖石抗壓強度的技術已經比較成熟，并出現了聲發射測試、光學應變測量等多種輔助測量技術，以反映巖石試件在破壞時裂紋的萌生、成核、擴展、貫通直至宏觀破裂的過程。為了充分利用傳統巖石力學試驗機的輔助測量功能，降低重力影響、提高結果準確度、并可以利用傳統巖石壓力機且能在傳統巖石壓力機最低加載速率基礎上進一步降低加載速率的巖石直接拉伸強度和破壞行為測試，需要發明一種能夠在傳統巖石力學試驗機上實現巖石直接拉伸試驗的夾具及試驗方法，測量巖石試件在直接拉伸試驗中的破壞過程，并能夠繪制出巖石拉伸破壞的峰后曲線，以繪制巖石拉伸破壞全應力-應變曲線，獲得更能反應工程實際的巖石抗拉強度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是為了克服現有技術中巖石直接拉伸試驗受重力影響導致結果準確率低，且不能直接在傳統巖石壓力機上進行試驗的缺點，提供一種巖石直接拉伸試驗的夾具及基于該夾具的試驗方法，該夾具能夠直接在傳統巖石力學試驗機上實現巖石直接拉伸試驗，結果準確率高，且能通過改變夾具的弧度實現加載速率降低進而獲得全應力應變曲線。