[发明专利]一种岩石三轴的拉伸试验装置及其方法

权利要求书

1.一种岩石三轴的拉伸试验装置，其特征在于，包括随动联锁装置和多自由度轴向直接拉伸夹具，所述随动联锁装置设置于所述多自由度轴向拉伸夹具的下方；

所述随动联锁装置包括两个水平设置的刚性横板，放置于所述加载平台与作动器活塞之间，每一所述横板上均固定安装有前后两组L形限位角铁，所述限位角铁用于所述加载平台与横板的紧密连接，每一所述横板的外侧一端均设有一用于加载平台前后移动的台阶式条形滑动轨道；两所述横板上设置有两组内凹台阶孔，孔中可安放内六角短螺栓，并通过它们将横板连接固定在给试验机加载平台提供位移动力的作动器活塞的上部端盖上；

多自由度轴向直接拉伸夹具包括一对轴向夹头和2个图章形粘结垫块，位于上方的轴向夹头主体结构为一多自由度万向节，所述万向节上部分与上联结块连接，上联结块与试验机的载荷传感器连接；所述万向节下部加工有一T形滑槽，位于下方的所述轴向夹头连接有下联结块，其上也设有一T形滑槽，所述的两个图章形粘结垫块，一端与圆柱体岩石试件上下端面牢固胶结，另一端可分别卡入万向节、下联结块的T形滑槽内。

2.如权利要求1所述的一种岩石三轴的拉伸试验装置，其特征在于，所述下联结块与加载平台的连接部通过均匀布置在周边的六个小螺栓固定连接，且所述下联结块与加载平台的连接部直径相同，所述三轴拉伸夹具与随动联锁装置连为一体。

3.如权利要求1所述的一种岩石三轴的拉伸试验装置，其特征在于，所述下联结块与上联结块的直径相等，所述上联结块与试验机的载荷传感器也通过均匀布置在周边的六个小螺栓固定连接，使得所述三轴拉伸夹具与试验机连为一体。

4.如权利要求1所述的一种岩石三轴的拉伸试验装置，其特征在于，所述滑动轨道为台阶式条形滑动轨道，用于加载平台在滑动轨道处移动，且预留加载平台与作动器活塞的空间，便于横板放置。

5.如权利要求1所述的一种岩石三轴的拉伸试验装置，其特征在于，所述图章形粘结垫块由头部、颈部和尾部三部分圆柱体组成，各部分直径不同，颈部最细，头部次之，尾部最粗，其中头部圆柱体直径与轴向拉伸夹具的T形滑槽尺寸匹配，尾部圆柱体直径与待测试岩石试件的直径相适配。在所述的每个图章形粘结垫块的尾部圆柱体上靠近颈部的位置设置有一个环形凹槽，并安装上O形橡胶密封圈。

6.一种岩石三轴拉伸试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、岩石试件准备；将待测试圆柱体岩石试件的上下两个端面用高强度胶粘接于所述图章形粘结垫块之间，并使岩石试件与两个图章形粘结垫块的中心保持在同一轴线上；待高强度胶凝固后，在图章形粘结垫块的尾部圆柱体环形凹槽处安装O形橡胶圈；在图章形粘结垫块与被测试岩样一体的装置上套上热缩管，热缩管的长度要足以覆盖测试岩样与O形橡胶圈；用热风枪从中间向两边加热热缩管，使之均匀收缩并紧密的贴合于被测试岩样与上下图章形粘结垫块的表面；

步骤2、拉伸装置安装；首先进行随动联锁装置的安装：1)安装台阶式滑动轨道，将加载平台后推至最里侧，露出试验机作动器活塞的上部端盖；2)将带有内置台阶螺孔的横板用短螺杆固定作动器活塞的上部端盖上；3)加载平台推回至原位，用L形限位角铁上的长螺杆和短螺杆将横板紧固到加载平台上，这样加载平台、横板和作动器活塞就实现了联锁，即加载平台可与作动器活塞同步运动，实现联锁随动；随后进行三轴室内的拉伸夹具安装：1)用均布小螺栓将上联结块安装在试验机的载荷传感器上；2)将含万向节的上部夹头通过轴向螺纹与上联结块连接；3)利用均布小螺栓将下联结块固定于加载平台上表面的中心位置；4)将与被测试岩样粘接的图章形粘结垫块挂接于下联结块与万向节的T型滑槽处，调整万向节保证万向节、图章形粘结垫块、被测试岩样和下联结块的中心位于同一轴线上；这样就完成了拉伸装置的安装；

步骤3、试验测试；1)被测试岩样安装完毕后，拔下三轴室插销，将三轴室平稳落到加载平台上；将其周围的粗螺钉紧固，形成内部密闭空间；2)对三轴室腔体内进行注油；3)注油完毕后，对被测岩样施加需要的围压值；4)最后，采用轴向位移控制模式(也可采用应力或应变控制模式)，以规定的加载速率对被测试岩样施加轴向拉伸载荷，直到岩样断裂破坏。加载过程中由控制电脑实时记录载荷、位移等原始数据；5)实验完毕后进行回油操作，打开三轴室，取下岩样，然后对试样的断裂面进行观察、拍照和记录等；

步骤4、数据处理：试验结束后，试验数据会自动保存在指定文件夹内，数据主要包括时间、位移、载荷、围压参数；利用这些参数根据研究目的进行计算分析，得出不同围压条件下岩石试件的三轴直接拉伸力学特性及规律。