[發明專利]一種巖石三軸拉伸試驗試件組裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 201910016627.9
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109443885B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 馬春德;劉澤霖;郭春志;龍珊;謝偉斌;周亞楠
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N1/44
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 葉碧蓮

本發明屬于巖石力學性能測試試驗裝置及方法領域，特別涉及一種巖石三軸拉伸試驗試件組裝置及其制造方法。一種巖石三軸拉伸試驗試件組裝置，包括平臺圓柱體巖石試件、剛性粘結頭及防油保護層，其中巖石試件組件的兩端通過粘膠與剛性粘結頭粘接，防油保護層套設在巖石試件與剛性粘結頭外側并與巖石試件及剛性粘結頭的外側緊貼，所述平臺圓柱體巖石試件包括圓柱主體、在圓柱主體中部兩側對稱切削而成的具有一定深度的切削平臺及平滑過渡到所述切削平臺上下兩端的平滑過渡區。本發明提供的巖石力學性能測試試驗組件及其制作方法克服端部效應和應力集中影響，確保試件中部拉伸斷裂，提高測試的成功率。

技術領域

本發明涉及巖石力學性能測試試驗裝置及方法領域，特別涉及一種巖石三軸拉伸試驗試件組裝置及其制造方法。

背景技術

巖石等脆性材料的抗拉強度遠低于抗壓強度，拉伸破壞是巖石的主要破壞方式之一，實際工程建設中巖石和混凝土等脆性材料的抗拉強度是必須要掌握的基礎參數。在隧道、巷道、硐室等地下巖體工程的開挖施工過程中，地下巖體由于開挖卸荷作用會產生張拉應力，結構體圍巖常發生拉伸失穩破壞，通常表現為局部冒頂、片幫甚至是塌方等事故，不僅影響工程的進度，還對地下人員、設施造成重大威脅。由于地下巖體工程在未開挖前通常處于三維應力狀態，因此，研究巖石在三軸直接拉伸狀態(兩向受壓，一向受拉狀態)下的強度及變形規律對研究圍巖失穩破壞具有重要意義。

目前用于抗拉強度測試的方法有間接測試法和直接測試法。間接測試法是通過劈裂試驗間接計算獲得抗拉強度，此方法雖然測試簡單，但影響因素較多，測得的抗拉強度并不能完全反映真實情況。現有直接測試法包括夾持法和粘接法，雖然能使拉伸破壞沿試件內部承載力最低部位發生，測得的結果相對于間接測試法更為真實可靠，但由于多種原因，導致巖石的單軸直接拉伸試驗較難實現且成功率較低。比如夾持法通常采用的巖塊試件為啞鈴形，測試時常因試樣對中困難(需確保拉伸應力平行于拉伸試件軸心)而產生附加彎矩或扭矩而導致測試結果明顯偏低，還會出現因夾持產生的應力集中使破壞多產生在夾持部位的現象。粘接法最初直接采用圓柱體試件進行直拉，測試中常發生試件與金屬頭的粘接部位脫膠情況發生，導致測試失敗；即使使用高強度環氧樹脂膠，保證粘結質量，也常因為端部效應產生的應力集中而使破壞發生在近端部，而此時端部的受力狀態并非單純的拉應力，因此測試結果也不是很準確。后來有時學者將巖石打磨成兩端粗、中間細的“狗骨”形試件以解決斷裂無法發生在中部的問題。但這種“狗骨”形試件由于對加工技術要求高，成品率低，加工成本高等原因，限制了直接法的大規模推廣應用。因此，想對巖石進行更為復雜的三向受力狀態下的直接拉伸試驗更加困難。

綜上所述，如何提高測試的成功率并獲得巖石真實的直接拉伸強度、變形參數及應力-應變全曲線仍是目前巖石等脆性材料三軸直接拉伸測試的難題。

發明內容

本發明提供了一種巖石三軸拉伸試驗試件組裝置及其制造方法，其目的是為了降低對巖石試件的加工要求，克服端部效應和應力集中影響，確保試件中部拉伸斷裂，提高測試的成功率并便于安裝測量軸向變形的應變引伸計，以獲得巖石真實的直接拉伸強度、變形參數及應力-應變全曲線。

為了達到上述目的，本發明的實施例提供了一種巖石三軸拉伸試驗試件組裝置，該巖石三軸拉伸試驗試件組裝置包括平臺圓柱體巖石試件、剛性粘結頭及防油保護層，其中平臺圓柱體巖石試件的兩端通過粘膠與剛性粘結頭粘接，防油保護層套設在平臺圓柱體巖石試件與剛性粘結頭外側并與巖石試件及剛性粘結頭的外側緊貼，其特征在于，在所述平臺圓柱體巖石試件包括圓柱主體、在圓柱主體中部兩側對稱切削而成的切削平臺及平滑過渡到所述切削平臺的上下兩端的平滑過渡區。

作為優選地，所述平滑過渡區形狀為內凹的光滑圓弧形。

作為優選地，所述圓弧的弧頂與相鄰的圓柱端面存在一定的間距。

作為優選地，所述間距為15mm。

作為優選地，所述粘膠為高強度環氧樹脂膠。