[发明专利]岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器及冲拉试验方法

说明书

岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器，包括同轴向设置的入射压头、入射空腔夹、透射空腔夹和透射压头，入射空腔夹和透射空腔夹用于夹持哑铃型岩样；第一入射空腔半夹包括入射应力压杆、入射空腔半圆筒、入射连接杆和入射冲压半圆筒；第一透射空腔半夹包括透射反冲应力压杆、透射空腔半圆筒、透射连接杆和透射反冲半圆筒；入射连接杆和透射连接杆相互咬合围成空心筒，透射反冲半圆筒滑动连接在入射空腔半圆筒内，入射冲压半圆筒滑动连接在透射空腔半圆筒内。本发明同时公开了岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器的冲拉试验方法。本发明能避免借助高强度胶粘结岩样与施力装置，有效消除冲拉试验过程中的偏心现象，提高岩石动态抗拉强度的测定精度。

技术领域

本发明属于岩石动力学试验领域，涉及一种岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器及冲拉试验方法。

背景技术

岩石在未受到爆破开挖等影响时处于静力学状态下，但实际岩石工程中的岩石多承受动态荷载，尤其是深部岩石工程涉及到硬岩，避免不了采用爆破开挖。抗压强度、抗拉强度是体现岩石承受静力荷载能量的两项重要指标。涉及到动态冲击荷载，动态抗压强度及动态抗拉强度也是体现岩石抗冲击能力的两项重要指标。

岩石是天然的地质材料，其内部特征较复杂，但其显著的特点是抗拉强度远小于抗压强度，因此造成岩石工程中岩体常出现拉剪破坏。当然，动态冲击荷载作用下岩石也常出现拉伸破坏现象，说明岩石的动态抗拉强度也远小于岩石的动态抗压强度，因此，研究冲击荷载作用下岩石的动态抗拉强度更具有理论意义及工程应用价值。

目前，实验室内岩石抗拉强度的测定方法有直接拉伸法和间接拉伸法两种：1）由于试验方法及配套装置的限制，直接拉伸法常借助高强度的胶将岩样与拉伸装置黏贴在一起，这造成了测定的结果受高强度胶和岩样两种材料的影响，误差较大。同时，对于抗拉强度较高的岩石，由于高强度胶的抗拉强度限制，造成直接拉伸法无法实施。动态冲击试验中，冲击荷载作用的时间极短，致使测出的数据受高强度胶的影响更大。2）巴西劈裂法是最普遍的间接拉伸法，其具有岩样加工简单的优点，但加载过程中，尤其是冲击荷载作用时，岩样内部应力非常复杂，与拉伸应力状态相差甚远，测出的结果误差更大。

目前国内外关于岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器及冲拉试验方法的研究现状如下：

（1）《岩土工程学报》2007年第12期第29卷介绍了一种岩石动态直接拉伸试验方法，该方法的岩石试件与接头之间采用RDT-10000超强胶粘结，岩石试件的端部可嵌入接头内5mm，但胶的存在会对实验结果产生影响，且无法测抗拉强度超过胶的粘结强度的硬岩的动态抗拉强度。

（2）《岩石力学与工程学报》1998年第4期第17卷介绍了利用SHPB实验系统开展的岩石动态直接拉伸试验方法，仍采用了环形树脂作为辅助材料，测得的试验结果仍然不够精确。

SHPB实验系统即霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar，SHPB）装置，该装置是目前测量材料各种动态力学性能的主要装置，可以获得材料在高应变率下的各种动态力学参数。SHPB试验系统包括试验台、冲头、入射杆、透射杆、缓冲杆、数据采集和显示设备。

综上所述，现有的实验室内岩石抗拉强度的测定方法，受到高强度胶的抗拉强度影响，或者无法模拟岩样的拉伸应力状态，测出的结果误差较大，现有技术中还没有一种结构简单，不借助高强度胶粘结岩样与施力装置，又可以有效避免冲拉试验过程中的偏心现象，且可重复利用的岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器及冲拉试验方法。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供了一种岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器及冲拉试验方法，可避免借助高强度胶粘结岩样与施力装置，还能够有效消除冲拉试验过程中的偏心现象，进而提高岩石动态抗拉强度的测定精度。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：岩石动态直接拉伸试验的冲拉转换器，包括同轴向设置的入射压头、入射空腔夹、透射空腔夹和透射压头，入射空腔夹和透射空腔夹用于夹持哑铃型岩样；