[发明专利]一种岩石三轴的拉伸试验装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩石力学测试技术领域，尤其是涉及一种岩石三轴的拉伸试验装置及其方法。

背景技术

在地下工程设计和施工中，岩石的抗拉强度是一个非常重要的力学指标。地下工程围岩体常处于复杂的应力状态，有的部位则处于压缩应力状态，有的地方处于拉伸应力状态，由于岩石的抗拉强度远低于抗压强度，所以围岩总是从拉应力区开始破坏。因此，正确进行地下围岩体应力状态区域划分，即破坏危险区的确定是地下工程围岩稳定性分析评价的关键，而岩石抗拉强度又是确定工程围岩破坏区的基础资料之一。目前,岩石抗拉强度的室内测定方法有直接拉伸法和间接拉伸法两大类。由于直接拉伸试验一般存在偏心拉伸、夹具端部应力集中、试件加工难等问题对测试结果的准确性造成较大影响，所以一直未能在岩石力学测试领域大规模推广使用，通常采用间接的劈裂拉伸法代替，但研究表明劈裂拉伸等间接法所测数据与岩石抗拉强度的真实值间仍有不小的偏差，因此，近十几年不少学者尝试研制各种直接拉伸装置进行岩石的直接拉伸性能测试，取得了一系列研究成果，但这些研究基本都集中在单轴拉伸状态下。

而对于实际的地下岩体工程，尤其是深部地下岩体工程，其承受着较复杂的应力状态，有些关键部位，比如开挖巷道的近临空面岩体，在开挖卸荷后，承受两向受压一向受拉的应力状态，并在这种三轴拉伸应力状态(双向受压，单向受拉)下发生破坏，因此，有必要深入相关测试研究工作。但目前国内外尚无能对岩石进行三轴拉伸性能测试的专用仪器设备，仅有个别学者利用简易自制设备开展了少量的研究工作。美国MTS 815型试验机是研究岩石力学性能参数的一款高端大型仪器设备，它可以对岩石进行复杂的三轴压缩测试，但无法进行三轴拉伸测试。本发明以MTS 815型试验机为基础，研制相关配套装置和夹具，使之具有三轴直接拉伸功能。

发明内容

本发明提供一种岩石三轴的拉伸试验装置及其方法，所提供的装置结构简单、设计合理且加工制作及使用操作简便，通过随动联锁装置与多自由度轴向直接拉伸夹具等使只能进行岩石试件三轴压缩试验的MTS815型等岩石三轴压缩试验机能方便快捷、稳定可靠地完成各种复杂条件下的岩石三轴拉伸力学特性的测试研究，对地下岩体工程的科学合理设计施工具有重要意义。

本发明的一种技术方案是这样实现的：一种岩石三轴的拉伸试验装置，包括随动联锁装置、台阶式条形滑动轨道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三轴拉伸夹具的下方；

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，所述限位角铁用于连接所述加载平台与横板；两所述横板的底部通过内凹台阶孔中的内六角短螺栓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。

作为一种优选的技术方案，所述下联结块与加载平台的连接部通过螺丝固定连接，且所述下联结块与加载平台的连接部直径相同，所述多自由度轴向直接拉伸夹具与随动联锁装置连为一体。

作为一种优选的技术方案，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进行螺丝固定连接，使得三轴拉伸夹具与试验机连为一体。

作为一种优选的技术方案，所述滑动轨道为台阶式条形滑动轨道，用于加载平台在滑槽处移动，且预留加载平台与作动器活塞的空间，便于横板放置。

作为一种优选的技术方案，所述测试岩样的直径与所述图章形粘结垫块的直径相适配。

本发明的另一种技术方案是这样实现的：一种岩石三轴拉伸试验方法，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；