[发明专利]利用轴向对中定位装置进行岩石直接拉伸的试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩石拉伸试验技术，尤其是一种利用轴向对中定位装置进行岩石直接拉伸的试验方法。

背景技术

目前，地下工程岩体的应力状态常常很复杂，有的部位处于压缩应力状态，而有的部位则处于拉伸应力状态，岩体的破坏模式不仅仅是剪切破坏，有时也会呈现拉破坏或拉剪破坏，这就需要测试岩石在拉伸条件下的力学变形与破坏特性。由于岩石类材料最显著的特点就是抗拉强度远小于抗压强度，所以围岩的破坏常常从拉应力区开始，继而出现拉破坏或拉剪破坏。因而研究拉应力作用下特别是单轴拉伸条件下岩石的力学特性具有重要的理论意义和工程应用价值。

然而，在岩石力学领域，岩石力学特性的试验研究主要集中在压应力条件下岩石的力学响应，包括单轴、双轴和三轴压缩试验等；而对拉应力作用下岩石的力学特性研究相对较少。目前，关于岩石的抗拉强度通常采用巴西圆盘劈裂试验测得，少数学者开展了岩石直接拉伸的试验研究。但是由于试验方法和配套装置的限制，目前还无法准确测试单轴拉伸条件下岩石的力学特性，如：抗拉强度、极限拉应变、拉应力-应变曲线。

目前国内关于岩石直接拉伸试验的研究现状如下：

（1）《金属矿山》1995年第3期介绍了一种命名为SX-1的夹持装置，该装置设有万向活接，能消除试件拉伸时的偏心，但是夹持装置直接与试件端部相连，易在夹持部位出现应力集中。

（2）《中国矿业大学学报》1999年第3期介绍了一种直接单向拉伸的试验方法，该方法采用特殊形状的夹具和岩石试件，试件形状复杂、加工难度大，不易推广使用。

（3）《工程勘察》2011年第4期介绍了一种岩石直接拉伸的试验装置，该装置上下均设置了转向机构，可以消除试验过程中的偏心，但是岩石试件需要与装置的上下拉头粘接，在粘接时无法保证试件与上下拉头严格对中。

（4）《焦作工学院学报》（自然科学版）2004年第3期介绍了两种岩石直接拉伸的试验方法，一是利用伍德合金连接试件，二是用粘接剂直接将试件粘接在试验机压头上。上述两种方法均将试件直接连接在试验机上，没有设置转向机构，试验过程中无法避免岩石试件偏心受拉。

（5）《岩石力学与工程学报》2005年第3期介绍了一种岩石直接拉伸试验方法，自行设计了拉-压转换器，用504高级万能粘接剂将试件粘接在拉块上，岩石试件使用磨光机加工，但是没有设置转向机构，仍然不能完全消除偏心的影响。

（6）《河南理工大学学报》2006年第4期介绍了一种可以加围压的直接拉伸的试验装置，该装置采用粘接剂将试件与上下拉头粘接，但是没有设置转向机构，无法消除偏心的影响。

（7）《岩土力学》2008年第1期介绍了一种可对同一岩石试样进行压缩和直接拉伸试验的试验装置，该试验装置在上下两端均设置了转向机构，可以消除偏心的影响；但是无法保证试件与上下拉头粘接时严格对中。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种利用轴向对中定位装置进行岩石直接拉伸的试验方法，该装置构造简单、操作方便、装卸容易，解决了岩石试件粘接受拉时的偏心问题，试验方法不仅可以精确测试岩石的抗拉强度，还可以有效测试岩石的极限拉应变和拉应力-应变曲线。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种利用轴向对中定位装置进行岩石直接拉伸的试验方法，所述轴向对中定位装置包括相配套的粘接对中定位装置和拉伸对中定位装置，所述粘接对中定位装置包括立柱，立柱下端固定于底板上，立柱上由上至下依次套装有上拉头定位套、试件夹紧套、活瓣托板、试件托板、下拉头定位套，所述上拉头定位套、试件夹紧套、活瓣托板和下拉头定位套远离立柱一端上均设有同轴的套筒；上拉头定位套、试件夹紧套通过旋转手轮相连；上拉头定位套和活瓣托板均固定安装在立柱上，试件夹紧套通过键和竖向键槽活动安装于立柱上，试件托板和下拉头定位套均通过键和水平键槽活动安装于立柱上；所述试件夹紧套的套筒内侧面为上小下大的锥形结构，该锥形套筒中均布有三片外侧面为锥面的楔形夹紧活瓣，三片楔形夹紧活瓣内侧面为圆柱面，楔形夹紧活瓣的下端位于活瓣托板上；所述拉伸对中定位装置包括对称设置的上下拉杆、上下球铰、上下T型滑槽、上下T型滑块，上下拉杆分别连接于上下球铰的两端，上下球铰分别与上下T型滑槽相连，上下T型滑块一端分别卡设于上下T型滑槽中；

通过粘接对中定位装置和拉伸对中定位装置，能够在万能试验机上准确测试岩石试件的抗拉强度、极限拉应变和拉应力-应变曲线，具体步骤如下：

1）将岩石试件连同楔形夹紧活瓣放入试件夹紧套中，试件下端用试件托板托住；