[发明专利]一种可实现拉压力连续变换的岩石单轴拉压试验装置

说明书

本发明涉及岩石力学性能研究领域，具体公开了一种可实现拉压力连续变换的岩石单轴拉压试验装置，该装置包括分别用于与岩石试件的上下端连接的上部加载机构和下部加载机构，上部加载机构与下部加载机构的结构相同且以岩石试件的中线呈上下对称设置；上部加载机构包括由下至上依次固定连接的第一承载件、第二承载件、第三承载件、加载头、上球铰、下球铰和铰链；第一承载件的下表面与岩石试件的上端面固定连接；第三承载件的下端同轴固定连接有一球面形凸头，第二承载件的上端同轴设有一球面形凹槽。本发明可以同时实现拉压力连续变换施加和对中，为研究岩石在循环拉压等拉压变换应力作用下的力学响应提供有效试验手段。

技术领域

本发明涉及岩石力学性能研究领域，尤其涉及一种可实现拉压力连续变换的岩石单轴拉压试验装置。

背景技术

岩体在不同地质环境和工程建设条件下可能遭受拉应力、压应力以及拉压应力的变换(如地震荷载、动态施工荷载等)，因此，岩石的拉伸和压缩力学性能是岩石力学研究的重要内容；目前，岩石的单轴拉伸和单轴压缩试验已经有相对成熟的技术，双轴拉压技术也渐渐成熟，例如，专利CN 109752234 A即公开了一种拉伸方向实时对中的岩石类材料双轴拉压试验装置；然而，现有技术还缺乏一种较好的可实现拉压力连续变换的岩石单轴拉压试验装置，而其难点就在于一种解决拉、压力连续变换施加且对中的有效试验技术。

为推动岩石力学性能研究的发展，上述技术问题亟待解决。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可实现拉压力连续变换的岩石单轴拉压试验装置，可以同时实现拉压力连续变换施加和对中，为研究岩石在循环拉压等拉压变换应力作用下的力学响应提供有效试验手段。

为实现上述目的，本发明提供了一种可实现拉压力连续变换的岩石单轴拉压试验装置，该装置包括分别用于与岩石试件的上下端连接的上部加载机构和下部加载机构，所述上部加载机构与下部加载机构的结构相同且以岩石试件的中线呈上下对称设置；

所述上部加载机构包括由下至上依次固定连接的第一承载件、第二承载件、第三承载件、加载头、上球铰、下球铰和铰链；所述第一承载件的下表面与岩石试件的上端面固定连接；所述第三承载件的下端同轴固定连接有一球面形凸头，所述第二承载件的上端同轴设有一球面形凹槽，所述球面形凸头与球面形凹槽适形配合并形成全截面凹凸接触副；

所述第二承载件的下端中心设置一凹槽Ⅰ，凹槽Ⅰ由位于上侧的半球面槽Ⅰ和位于下侧的让位槽Ⅰ组成，凹槽Ⅰ的上端中心设置一轴向通孔Ⅰ穿透第二承载件；所述第三承载件的上端中心设置一凹槽Ⅱ，凹槽Ⅱ由位于下侧的半球面槽Ⅱ和位于上侧的让位槽Ⅱ组成，凹槽Ⅱ的下端中心设置一轴向通孔Ⅱ穿透第三承载件；所述凹槽Ⅰ、轴向通孔Ⅰ、凹槽Ⅱ及轴向通孔Ⅱ同轴设置，且所述轴向通孔Ⅰ与轴向通孔Ⅱ对接并连通；

所述下球铰由一含圆孔的半球件Ⅰ、螺杆Ⅰ和螺母组成，所述半球件Ⅰ设于凹槽Ⅰ且其表面与半球面槽Ⅰ的表面相贴合，所述螺杆Ⅰ的一端从半球件Ⅰ的顶部穿出并伸入轴向通孔Ⅰ、另一端从半球件Ⅰ的底部穿出并与螺母相连接；所述上球铰由一半球件Ⅱ和固定设于球顶的螺杆Ⅱ组成，所述半球件Ⅱ设于凹槽Ⅱ并且其表面与半球面槽Ⅱ的表面贴合，所述螺杆Ⅱ伸入轴向通孔Ⅱ；所述铰链置于轴向通孔Ⅰ与轴向通孔Ⅱ中且其上端与螺杆Ⅱ相螺接、下端与螺杆Ⅰ相螺接；

所述球面形凹槽的球心、球面形凸头的球心及半球件Ⅱ的球心相重合。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述第一承载件、第二承载件、第三承载件和加载头的外围横截面尺寸与岩石试件一致。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述第一承载件的下表面与岩石试件的上端面通过强力胶粘结连接。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述球面形凸头由第三承载件的下端面整体沿轴向向下延伸形成。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述球面形凹槽由第二承载件的上端面整体沿轴向向下凹陷形成。