[发明专利]一种进行岩石直接拉伸强度及变形测量的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体材料的测量和测试领域，特别涉及一种利用人工切缝进行岩石直接拉伸强度及变形测量的系统及方法。

背景技术

岩石抗拉强度是指岩石在单轴拉伸载荷作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力称为岩石的单轴抗拉强度（Tensile strength），简称抗拉强度。

目前，测量岩石抗拉强度的实验方法主要有间接拉伸法和直接拉伸法两种。间接拉伸法主要是采用巴西劈裂的方法，采用圆盘形试件（高径比1：2），在试样的直径方向上，施加载荷，使之沿试样直径方向发生破坏。直接拉伸法是采用圆柱形试样（高径比大于2：1），在试样的两端通过粘接或是夹持的方式连接到拉伸试验机中，然后在试样的两端施加拉伸载荷，使之产生拉伸破坏。但国际岩石力学学会实验室和现场试验标准化委员会推荐的《岩石力学试验建议方法》，中华人民共和国行业标准《水利水电工程岩石试验规程（SL264-2001）》及中华人民共和国国家标准《工程岩体试验方法标准（GB/T50266-99）》等规范中，对于岩石抗拉强度试验都推荐使用间接拉伸法（巴西劈裂法）进行试验。主要原因在于，采用直接拉伸的方式进行试验需要满足以下条件：

1、符合精度要求且具备有夹持功能的拉力（或万能）试验机。

2、岩石试样需采用合适的圆筒状金属套帽将试样两端和金属套帽粘接在一体，且粘接后两端不平整度允许偏差±0.05mm。

3、粘接试样所使用的粘结剂要有足够的强度，其强度要大于岩石的抗拉强度。

4、粘接后的岩石试样连接进入试验机上下夹具，并保证拉伸试验过程中所施加的载荷需严格通过试件的轴心线，不得产生弯曲或扭转应力。

上述条件在实际操作中存在有以下一些问题：首先试样在和金属套帽粘接过程中采用人工进行，平行度很难把握，如果平行度达不到要求，在试验过程中易产生弯矩；其次试样所采用的粘接剂强度一定要大于岩石的抗拉强度，否则在试验过程中会沿粘贴处发生破坏而非岩石拉伸破坏；另外岩石试样粘接后，在端部易产生应力集中效应；最后试验机夹持粘接后的岩石试样后，大多数情况下都会产生弯曲或扭转应力，导致试验失败。

美国MTS工业公司生产的815型岩石力学试验系统其中包含了一套岩石直接拉伸系统，该系统设计与制造参考了国际岩石力学学会实验室和现场试验标准化委员会《岩石力学试验建议方法》中岩石拉伸试验。该系统中，拉伸部件采用了链条式柔性连接方式，这种方式可以使拉伸载荷严格通过试件的轴心线而不产生弯曲或扭转应力；同时该系统采用了高强度粘接剂粘接岩石试样，粘接剂的强度大于岩石的抗拉强度。该套系统在试验过程中，试样端部与金属帽粘接处会产生端部效应，在端部产生应力集中点，试样往往会沿着粘接处断裂。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术缺陷之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种利用人工切缝进行岩石直接拉伸强度及变形测量的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括试验加载设备7、岩石试样4，金属套帽3、柔性连接机构1，拉伸载荷传感器2；

其中，所述试验加载设备7上具有上下两个夹具5；

所述岩石试样4为呈圆柱形，所述岩石试件4的中间部位的两侧对称切割有两条切缝8，切缝方向为圆柱形岩石试样的径向方向；

岩石试样4两端分别设置有上、下两个所述金属套帽3，其中，上金属套帽依次通过所述拉伸载荷传感器2和柔性连接机构1连接进试验加载设备7的上夹具夹口中，下金属套帽通过柔性连接机构1连接进试验加载设备7的下夹具夹口中。

优选地，岩石试样直径D为50-54mm，高径比2.5～3。

优选地，所述切缝8的宽度W为1-2mm左右，切缝处最大深度d为岩石试样直径D的10%。

优选地，所述切缝8为直缝。

优选地，所述岩石试样上设置有应变片组6。

优选地，所述应变片组6包括一组对称的轴向应变片601及一组对称的径向应变片602，其中应变片组6中的各个应变片与各切缝8之间的角度为90°。

优选地，套帽3与岩石试件4之间采用环氧树脂粘结。

优选地，上述应变片6及拉伸载荷传感器2连入数据采集仪中。

本发明另一目的在于提出一种利用人工切缝进行岩石直接拉伸强度及变形测量的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：

步骤一、在圆柱形待测岩石试样4中间部位的两侧对称切割两条切缝8；同时在岩石试样4中间部位的两侧粘贴应变片组6；