[发明专利]单轴拉压试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种单轴拉压试验系统，用于岩石的抗拉强度测试。

背景技术

抗拉强度是岩石的重要力学性质指标之一，也是岩石结构设计中安全与稳定性分析的一个控制性参数。岩石抗拉强度是指岩石试件在外荷载的作用下抵抗拉应力的能力，为岩石试件在拉伸破坏时的极限荷载与受拉截面面积的比值。改革开放以来，随着中国经济建设的飞速发展，修建了很多大型的桥梁、隧道、水坝以及高层建筑等工程。在工程建设中经常会遇到岩石类材料，其抗拉强度力学性能指标是设计、检验、控制和评判质量好坏旳一个重要依据。岩石抗拉强度是岩石工程建筑设计的主要技术参数之一，目前常用的岩石抗拉强度试验有单轴拉伸试验、巴西劈裂试验、三点荷载弯曲试验，这几种常用的试验方法都被写入了国家规范。

1、直接拉伸

岩石的直接拉伸和金属材料的直接拉伸方法比较类似，先把试件加工成圆柱形，再对中部进行切削，制成中间细两端粗的标准试件，然后用夹具夹住试件的两端进行拉伸，试件被拉断时的应力即为岩石的抗拉强度σt。

σt=PF×10(MPa)]]>

其中：P一试件被拉断时的拉力(KN)；

F—试件横截面面积(cm2)。

通常认为直接拉伸试验的结果更加符合岩石的实际受拉情况，但由于用于直接拉伸试验的岩石试样很难加工，因为岩石属于脆性材料，要将其加工成哑铃状的圆柱体试样比较费时，而且加工完的成品率非常低，同时很难将夹具的拉力与试件的轴线保持重合。因此，考虑到上述直接拉伸试验在实际操作过程中不够简单易行，所以通常情况下采用间接拉伸试验的方法作为抗拉试验。

2、巴西试验

圆盘劈裂试验亦称巴西试验(Brazilian test)，传统的试验方法是将经过加工的圆盘状试样，放置于压力机的承压板间，并在试样与上、下承压板之间各放置一根直径为1mm的硬质钢丝作为垫条。垫条位于与试样端面垂直的对称轴面上，它可将施加的压力变为线荷载，以使试样内部产生垂直于上、下荷载作用方向的拉应力。使试样因拉应力而破坏，可以通过公式求其抗拉强度。

试样的抗拉强度(负号为拉应力)可表示为

σt=-2PtπDL]]>

式中:σt为岩石抗拉强度，L为试样长度(厚度)，D为直径，Pt为破坏载荷。

但是巴西试验的实验条件和岩石受拉破坏的条件有很大差异，其结果也与直接传统拉伸有很大差异，所以巴西试验的试验结果的可靠性一直受到学术界的质疑。另外巴西试验的离散性很大，对于重复性较小的试验是不适用的。

岩石力学领域中，有关受拉强度的研究比压缩强度的研究要少得多。因岩石在大多数场合是处于受压状态，故在实用上压缩强度相对重要些。但是，压缩破坏现象，从微观角度来分析，可以知道在裂缝的附件也产生受拉应力。宏观地来说，即使是压缩破坏，也在很大程度上与受拉应力导致的裂缝的发展相关。因此，拉伸强度的研究与压缩强度的研究有紧密的联系，并可望随着两者的研究的发展，结果的比较和分析，从而对破坏现象给予解析和说明。另外，今后地下空间的开发和利用，将不可避免地涉及到一些大规模、形状复杂的地下建筑，这就极可能出现岩石在局部处于受拉的情况。这也在一定程度上增强了有关拉伸强度研究的必要性。