[发明专利]一种精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置

说明书

本发明涉及室内岩石力学试验装置，更具体涉及一种精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置，属于岩土工程技术领域。该装置由上压板、下压板、垫条、挡板、量角器、夹持面板、可伸缩螺杆组成，本发明的精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置解决了传统巴西劈裂夹具装置中试样对中困难、层理倾角控制不精确、劈裂裂隙角度测量不方便的难题，可对试样精确施加线性荷载，方便控制层理倾角、测量层状岩石劈裂角度，保证结果的可靠性，精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置结构简单，操作安全，实用性强，可普遍用于层状岩石巴西劈裂的试样装配和试验。

技术领域

本发明涉及室内岩石力学试验装置，更具体涉及一种精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置，属于岩土工程技术领域。

背景技术

隧道、巷道等工程都依赖于岩土体力学性质的研究。由于岩石的抗拉强度远小于抗压强度，所以拉伸破坏引发的岩土工程事故频繁发生。因此，岩石的抗拉强度是岩土力学性质研究中的一个重要参数。直接拉伸试验在操作中比较难完成，国际上通常采用巴西劈裂试验来测试岩石的抗拉强度。巴西劈裂试验的试样加工方便，操作简单，是目前最常用的测定岩石抗拉强度的试验方法。

巴西劈裂方法的核心是通过对平躺的圆形试样施加过圆心方向的竖直线荷载，压致拉裂，在圆心处产生水平拉应力并诱发试样破坏。因此，巴西劈裂试验有两点技术要求：(1)平躺的圆柱形试样中心与压力机施加竖直荷载方向共线，即“对中”。(2)压力机对试样施加的荷载为线荷载。目前，采用巴西劈裂方法测试岩石抗拉强度的技术手段有以下几种：(1)直接将圆形试样放在压力机的上、下加载板之间，对加载板进行竖向加载。由于加载板是立方体，试样是圆柱体，所以在装样时试样容易在加载板之间滚动，且难以保证试样中心与线荷载共面对中，不能很好地满足试验要求。(2)采用国际岩石力学学会推荐的圆弧形模具，将试样放在上、下圆弧形模具之间，试样在自重作用下滚至圆弧形模具最低点，完成对中过程。虽然圆弧形模具尽可能地防止试样承受偏心荷载，但是圆弧形模具与试样之间不是严格上的线接触，而是面接触，测定软弱岩石试样时，可能对试验造成严重误差。(3)采用改进的圆弧形模具，在上、下圆弧形模具的弧形面中心设置凸起，利用凸起与试样接触，施加线荷载。但是，由于凸起的存在，试样无法在圆弧面上自由滚动，实现圆弧形模具的对中作用失效。(4)保留凸起的结构，在过试样中心的水平方向设置对称的螺丝，通过旋转螺丝调节试样在水平方向的位置，目测试样对中时，拧紧左、右螺丝固定试样位置。但是，目测存在一定的偏差，当不严格对中时，试样破裂面不经过试样中心，无法满足巴西劈裂理论要求。

常规的巴西劈裂试样为各向同性体，即试样各个方向的力学性质一致。但是，岩土工程中的岩土体是通过日积月累的地质作用形成的，经历风化、搬运、沉积等，在工程中常表现为层状结构，存在层理、片理、节理等构造。层状岩石不是各向同性体，具有力学性质的方向性，与层面成不同角度的方向上力学性质各异。因此，有必要进行与层面成不同角度加载的巴西劈裂试验。已有少数学者开展了层状岩石的巴西劈裂试验研究，但是调整层面角度时用量角器等工具，量角器每次的放置位置都有变化，并且量角器不属于夹具结构，放置量角器时不能贴于试样上，量角器与试样存在距离，导致层面放置角度不精确。

综上所述，目前的巴西劈裂夹具在对中时仍存在人为干预，由于目测不准存在对中误差，不能准确施加过试样中心的线荷载，不能同时完美地满足巴西劈裂试验的两点技术要求。同时，借助不属于夹具结构的量角器时，存在层面放置角度不精确的问题。目前的夹具适应性弱，误差较大，可操作性差，岩石层理角度测量不准确，测量裂纹不方便，不易于观察，无保护装置等缺陷。因此，设计一种精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置，保证试验过程中的安全性和试验结果的准确性，具有重要意义和必要性。

发明内容

本发明的目的是在于提供结构简单、操作方便、实用性强、服务于岩石力学理论与试验、精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术措施：