CN104297028A - 用于直接拉伸试验的岩块试件及岩石直接拉伸试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述用于直接拉伸试验的岩块试件，其本体的上端面设置有以本体的中心为圆心的第一圆环形凹槽，本体的下端面设置有以本体的中心为圆心的第二圆环形凹槽，第一圆环形凹槽的外圈直径小于第二圆环形凹槽的内圈直径，且第一圆环形凹槽与第二圆环形凹槽部分交错，所述第一圆环形凹槽将本体的一部分分割成位于中心部位的第一圆台和环绕第一圆台的第一环形体，所述第二圆环形凹槽将本体的一部分分割成位于中心部位的第二圆台和环绕第二圆台的第二环形体。本发明所述岩石的直接拉伸试验方法，是将被测岩石制作成上述用于直接拉伸试验的岩块试件，然后将岩块试件放在岩石力学试验机的试验台上，通过对岩块试件加载压力使岩块试件发生拉伸破坏。

Description

用于直接拉伸试验的岩块试件及岩石直接拉伸试验方法

技术领域

本发明属于岩石拉伸强度测试领域，特别涉及用于直接拉伸试验的岩块试件及直接试验方法。

背景技术

岩石和混凝土等脆性材料的抗拉强度远低于抗压强度，工程建设中岩石和混凝土等脆性材料的抗拉强度是需获得的基础参数。目前用于抗拉强度测试的方法有间接测试法和直接测试法。间接测试法是通过劈裂试验和计算分析，间接获得抗拉强度，此种方法虽然测试简单，利用常用的材料试验机即可进行测试，但该方法在对试件劈裂过程中沿预定加载方向破裂，而不一定沿试件中承载能力最小的部位破坏，因此其测得的抗拉强度并不能完全反映真实情况，对于明显层理方向及缺陷的岩石材料更是如此。

现有直接测试法包括粘接法和夹持法，虽然能使拉伸破坏沿试件内部承载力最低部位发生，测得的结果相对于间接测试法更为真实可靠，但粘接法的岩块试件为圆柱形，测试时用高强胶把试件两端的端面分别与两个金属头粘接在一起，通过拉伸两个金属头使试件发生拉断破坏；夹持法的岩块试件为哑铃形，测试时用两套夹具分别夹住试件的两端，然后通过拉伸两套夹具使试件发生拉断破坏。因而，存在以下问题：1、粘接法在粘接过程中，为了尽可能提高粘接成功率，需彻底清洁岩块试件和金属头的表面，并且需待试件已粘接一端的胶凝固后才可将试件另一端与另一金属头粘接，两端均粘接好后，需等到粘接胶的强度达到足够高后方可进行测试，而等待粘接胶强度增加需耗费数天，尽管如此，测试中仍有沿试件与金属头的粘接部位发生破坏的情况发生，导致测试失败；再者，粘接法很难确保拉伸应力完全平行拉伸试件轴心，导致被拉伸试件实际受力并非是完全真正的拉伸应力，影响测试结果的准确性。2、夹持法通常易在夹持部位产生应力集中，对于岩石等脆性材料，易在夹持部位发生夹持破碎或断裂。3、粘接法和夹持法均对测试设备要求较高，具有直接拉伸功能的设备才能使用粘接法和夹持法进行测试，因而限制了粘接法和夹持法的应用和推广。

综上所述，如何提高测试的成功率并获得岩石真实的直接拉伸强度仍是目前岩石和混凝土等脆性材料直接拉伸测试的难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供用于直接拉伸试验的新型岩块试件及直接试验方法，以便在现有常规岩石力学试验机上实现岩石抗拉强度的测试，并提高岩石拉伸强度测试结果的准确性和达到高的测试成功率。

本发明所述用于直接拉伸试验的岩块试件，有以下两种，但它们属于一个总的构思。

1、第一种用于直接拉伸试验的岩块试件

该用于直接拉伸试验的岩块试件的本体为圆柱形或正四棱柱形，所述本体的上端面与下端面平行，本体的上端面设置有以本体的中心为圆心的第一圆环形凹槽，本体的下端面设置有以本体的中心为圆心的第二圆环形凹槽，第一圆环形凹槽的外圈直径小于第二圆环形凹槽的内圈直径，且第一圆环形凹槽与第二圆环形凹槽部分交错，所述第一圆环形凹槽将本体的一部分分割成位于中心部位的第一圆台和环绕第一圆台的第一环形体，所述第二圆环形凹槽将本体的一部分分割成位于中心部位的第二圆台和环绕第二圆台的第二环形体，第一圆台的直径d₁小于第二圆台的直径d₂，第一圆台的端面和第一环形体的端面位于同一平面，第二圆台的端面和第二环形体的端面位于同一平面。所述第一圆台的端面与第二环形体的端面为被施力处。

上述用于直接拉伸试验的岩块试件，其第一圆台直径d₁是圆柱形本体的直径D或正四棱柱形本体的边长L的1/4～1/3，第二圆台的直径d₂是第一圆台直径d₁的1.5～2倍。

上述用于直接拉伸试验的岩块试件，其第一圆环形凹槽3的宽度b₁与第二圆环形凹槽的宽度b₂相同或不相同，第一圆环形凹槽的宽度b₁为2mm～10mm，第二圆环形凹槽的宽度b₂为2mm～10mm，第一圆环形凹槽的深度h₁为本体高度的1/2～4/5，第二圆环形凹槽的深度h₂为本体高度的2/3～4/5。

上述用于直接拉伸试验的岩块试件，其第一圆环形凹槽的宽度b₁优选3mm～5mm，第二圆环形凹槽5的宽度b₂优选3mm～5mm，第一圆环形凹槽的深度h₁优选本体高度的2/3～3/4，第二圆环形凹槽的深度h₂优选本体高度的2/3～3/4。

2、第二种用于直接拉伸试验的岩块试件

该用于直接拉伸试验的岩块试件的本体为圆柱形或正四棱柱形，所述本体的上端面与下端面平行，本体的上端面设置有以本体的中心为圆心的第一圆环形凹槽，本体的下端面设置有以本体的中心为圆心的第二圆环形凹槽，第一圆环形凹槽的外圈直径小于第二圆环形凹槽的内圈直径，且第一圆环形凹槽与第二圆环形凹槽部分交错，所述第一圆环形凹槽将本体的一部分分割成位于中心部位的第一圆台和环绕第一圆台的第一环形体，所述第二圆环形凹槽将本体的一部分分割成位于中心部位的第二圆台和环绕第二圆台的第二环形体，第一圆台的直径d₁小于第二圆台的直径d₂，第一圆台的端面高于第一环形体的端面，第二圆台的端面低于第二环形体的端面。所述第一圆台的端面与第二环形体的端面为被施力处。

上述用于直接拉伸试验的岩块试件，其第一圆台的端面与第一环形体的端面之间的间距h₃不大于10mm。

上述用于直接拉伸试验的岩块试件，其第一圆台的直径d₁是圆柱形本体的直径D或正四棱柱形本体的边长L的1/4～1/3，第二圆台的直径d₂是第一圆台直径d₁的1.5～2倍；第一圆环形凹槽的宽度b₁与第二圆环形凹槽的宽度b₂相同或不相同，第一圆环形凹槽的宽度b₁为2mm～10mm，第二圆环形凹槽的宽度b₂为2mm～10mm，第一圆环形凹槽的深度h₁为本体高度的1/2～4/5，第二圆环形凹槽的深度h₂为本体高度的2/3～4/5。

上述用于直接拉伸试验的岩块试件，其第一圆环形凹槽的宽度b₁优选3mm～5mm，第二圆环形凹槽的宽度b₂优选3mm～5mm，第一圆环形凹槽的深度h₁优选本体高度的2/3～3/4，第二圆环形凹槽的深度h₂优选本体高度的2/3～3/4。

本发明所述用于直接拉伸试验的岩块试件的制作方法：

将从现场采集的岩块用岩石切割机或/和套钻加工成圆柱形本体或正四棱柱形本体，然后用磨平机，把圆柱形本体或正四棱柱形本体的上下端面按《工程岩体试验方法标准》中的岩石压缩试验试件端面加工精度要求进行加工，继后用套钻在圆柱形本体或正四棱柱形本体的上端面加工出以本体的中心为圆心的第一圆环形凹槽，在圆柱形本体或正四棱柱形本体的下端面加工出以本体的中心为圆心的第二圆环形凹槽，即形成第一种用于直接拉伸试验的岩块试件。在第一种用于直接拉伸试验的岩块试件的基础上用岩石切割机切除部分第一环形体和部分第二圆台，即形成第二种用于直接拉伸试验的岩块试件。

本发明所述岩石的直接拉伸试验方法，是将被测岩石制作成上述第一种用于直接拉伸试验的岩块试件或第二种用于直接拉伸试验的岩块试件，然后按下述操作进行试验。

1、使用第一种用于直接拉伸试验的岩块试件时，操作如下：

①在岩石力学试验机的试验台上放置圆环形垫块，所述圆环形垫块的内环面直径小于岩块试件中第二环形体的内环面直径、大于岩块试件中第二圆台的直径，所述圆环形垫块的外环面直径大于岩块试件本体的直径或边长；

②将岩块试件放置在圆环形垫块上，使岩块试件的中心线与圆环形垫块的中心线重合，第二环形体端面与圆环形垫块的端面接触；

③在岩块试件中的第一圆台端面上放置圆台形垫块，所述圆台形垫块的直径大于第一圆台的直径、小于第一环形体内环面的直径，圆台形垫块的中心线与岩块试件的中心线重合；

④操作岩石力学试验机，通过圆台形垫块与圆环形垫块对岩块试件加载压力，即可使岩块试件发生拉伸破坏。

2、使用第二种用于直接拉伸试验的岩块试件时，操作如下：

①将岩块试件放置在岩石力学试验机的试验台上，使岩块试件中第二环形体端面与试验台接触；

②操作岩石力学试验机，通过岩块试件中的第一圆台端面和第二环形体端面对岩块试件加载压力，即可使岩块试件发生拉伸破坏。

使用本发明所述用于直接拉伸试验的岩块试件和试验方法对岩石进行拉伸强度测试时，第一圆环形凹槽和第二圆环形凹槽的交错部分之间的圆环形柱体承受直接拉力，岩块试件的拉伸破坏发生在此处(见图9)。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明所述用于直接拉伸试验的岩块试件为新型试件，为岩石的抗拉强度测试增加了试件类型。

2、由于本发明所述用于直接拉伸试验的岩块试件的独特结构，通过岩块试件的第一圆台端面和第二环形体端面对岩块试件加载压力，即可使岩块试件发生拉伸破坏，因而不仅解决了粘接法难以确保拉应力与试件轴向平行的难题，提高了测试结果的准确性，而且解决了粘接法和夹持法存在的易使试件在粘结部位或夹持部位破坏导致测试失败的难题，对于加工好的试件，均可成功测试，测试成功率可达100％。

3、由于本发明所述用于直接拉伸试验的岩块试件的独特结构，通过岩块试件的第一圆台端面和第二环形体端面对岩块试件加载压力，即可使岩块试件发生拉伸破坏，因而在现有常规岩石力学试验机上即可实现岩石直接拉伸强度的测试。

4、本发明所述用于直接拉伸试验的岩块试件结构简单，便于加工制作。

附图说明

图1是本发明所述用于直接拉伸试验的岩块试件的第一种结构示意图；

图2是图1的一种俯视图；

图3是图1的另一种俯视图；

图4是本发明所述用于直接拉伸试验的岩块试件的第二种结构示意图；

图5是图4的一种俯视图；

图6是图4的另一种俯视图；

图7是图1所述用于直接拉伸试验的岩块试件在岩石力学试验机的试验台上的安装示意图和加载图；

图8是图4所述用于直接拉伸试验的岩块试件在岩石力学试验机的试验台上的安装示意图和加载图；

图9是岩块试件发生拉伸破坏的示意图。

图中，1—岩块试件的本体，2—第一圆台，3—第一圆环形凹槽，4—第一环形体，5—第二圆环形凹槽，6—第二圆台，7—第二环形体，d₁—第一圆台的直径，d₂—第二圆台的直径，h₁—第一圆环形凹槽的深度，h₂—第二圆环形凹槽的深度，h₃—第一圆台的端面与第一环形体的端面之间的间距，b₁—第一圆环形凹槽的宽度，b₂—第二圆环形凹槽的宽度，D—圆柱形本体的直径，L—正四棱柱形本体的边长。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明所述用于直接拉伸试验的岩块试件及直接拉伸试验方法作进一步说明。下述各实施例中，直接拉伸试验所用试验设备为MTS815岩石力学试验机，加载速率可用0.001mm/s、0.01mm/s、0.1mm/s、1mm/s、5mm/s、7mm/s。

实施例1

本实施例中，用于直接拉伸试验的岩块试件如图1、图2所示，其本体1为圆柱形，所述本体的上端面与下端面平行，本体1的上端面设置有以本体的中心为圆心的第一圆环形凹槽3，本体1的下端面设置有以本体的中心为圆心的第二圆环形凹槽5，第一圆环形凹槽3的外圈直径小于第二圆环形凹槽5的内圈直径，且第一圆环形凹槽3与第二圆环形凹槽5部分交错，所述第一圆环形凹槽将本体的上部段分割成位于中心部位的第一圆台2和环绕第一圆台的第一环形体4，所述第二圆环形凹槽将本体的下部段分割成位于中心部位的第二圆台6和环绕第二圆台的第二环形体7，第一圆台2的直径d₁小于第二圆台6的直径d₂，第一圆台2的端面和第一环形体4的端面位于同一平面，第二圆台6的端面和第二环形体7的端面位于同一平面。试件各部分的尺寸如下：

本体1的直径D为100mm，高度为60mm，第一圆环形凹槽3的宽度b₁＝第二圆环形凹槽5的宽度b₂＝2mm，第一圆环形凹槽3的深度h₁＝30mm，第二圆环形凹槽5的深度h₂＝40mm，第一圆台2的直径d₁＝25mm，第二圆台6的直径d₂＝50mm(第一圆台2的直径也是第一圆环形凹槽3的内圈直径，第二圆台6的直径也是第二圆环形凹槽7的内圈直径)。

用上述试件进行直接拉伸试验操作如下：

①在岩石力学试验机的试验台上放置圆环形垫块9，所述圆环形垫块的内环面直径为52mm，所述圆环形垫块的外环面直径为105mm；

②将岩块试件放置在圆环形垫块9上，使岩块试件的中心线与圆环形垫块9的中心线重合，第二环形体7端面与圆环形垫块9的端面接触(见图7)；

③在岩块试件中的第一圆台2端面上放置圆台形垫块8，所述圆台形垫块8的直径为27mm，圆台形垫块8的中心线与岩块试件的中心线重合(见图7)；

④操作岩石力学试验机，通过圆台形垫块8与圆环形垫块9对岩块试件加载压力(见图7)，即可使岩块试件发生拉伸破坏(见图9)，加载速率为0.001mm/s，所加最大载荷为F＝10kN。

从图7可以看出，第一圆台2的端面与第二环形体7的端面为被施力处，被测岩石的拉伸强度的计算方法如下：

${\mathrm{\σ}}_t=\frac{F}{\mathrm{\π}({\left(\frac{d_2}{2}\right)}^2-{\left(\frac{d_1+2b_1}{2}\right)}^2)}=\frac{10\×1000N}{\mathrm{\π}({\left(\frac{50}{2}\right)}^2-{\left(\frac{25+2\×2}{2}\right)}^2){\mathrm{mm}}^2}=7.67\mathrm{MPa}$

实施例2

本实施例中，用于直接拉伸试验的岩块试件如图1、图2所示，其本体1为圆柱形。与实施例1不同之处是试件各部分的尺寸。本实施例中，试件各部分的尺寸如下：

本体1的直径D为150mm，高度为80mm，第一圆环形凹槽3的宽度b₁＝5mm，第二圆环形凹槽5的宽度b₂＝3mm，第一圆环形凹槽3的深度h₁＝54mm，第二圆环形凹槽5的深度h₂＝54mm，第一圆台2的直径d₁＝50mm，第二圆台6的直径d₂＝75mm(第一圆台2的直径也是第一圆环形凹槽3的内圈直径，第二圆台6的直径也是第二圆环形凹槽7的内圈直径)。

用上述试件进行直接拉伸试验操作如下：

①在岩石力学试验机的试验台上放置圆环形垫块9，所述圆环形垫块的内环面直径为78mm，所述圆环形垫块的外环面直径为155mm；

②将岩块试件放置在圆环形垫块9上，使岩块试件的中心线与圆环形垫块9的中心线重合，第二环形体7端面与圆环形垫块9的端面接触(见图7)；

③在岩块试件中的第一圆台2端面上放置圆台形垫块8，所述圆台形垫块8的直径为55mm，圆台形垫块8的中心线与岩块试件的中心线重合(见图7)；

④操作岩石力学试验机，通过圆台形垫块8与圆环形垫块9对岩块试件加载压力(见图7)，即可使岩块试件发生拉伸破坏(见图9)，加载速率为0.01mm/s，所加最大载荷为F＝14kN。

从图7可以看出，第一圆台2的端面与第二环形体7的端面为被施力处，被测岩石的拉伸强度的计算方法如下：

${\mathrm{\σ}}_t=\frac{F}{\mathrm{\π}({\left(\frac{d_2}{2}\right)}^2-{\left(\frac{d_1+2b_1}{2}\right)}^2)}=\frac{14\×1000N}{\mathrm{\π}({\left(\frac{75}{2}\right)}^2-{\left(\frac{50+2\×5}{2}\right)}^2){\mathrm{mm}}^2}=8.80\mathrm{MPa}$

实施例3

本实施例中，用于直接拉伸试验的岩块试件如图1、图3所示，与实施例1不同之处是本体1的形状及试件各部分的尺寸。本实施例中，本体1为正四棱柱形，试件各部分的尺寸如下：

本体1的边长L为130mm，高度为80mm，第一圆环形凹槽3的宽度b₁＝10mm，第二圆环形凹槽5的宽度b₂＝5mm，第一圆环形凹槽3的深度h₁＝40mm，第二圆环形凹槽5的深度h₂＝60mm，第一圆台2的直径d₁＝38mm，第二圆台6的直径d₂＝75mm(第一圆台2的直径也是第一圆环形凹槽3的内圈直径，第二圆台6的直径也是第二圆环形凹槽7的内圈直径)。

用上述试件进行直接拉伸试验操作如下：

①在岩石力学试验机的试验台上放置圆环形垫块9，所述圆环形垫块的内环面直径为80mm，所述圆环形垫块的外环面直径为188mm；

②将岩块试件放置在圆环形垫块9上，使岩块试件的中心线与圆环形垫块9的中心线重合，第二环形体7端面与圆环形垫块9的端面接触(见图7)；

③在岩块试件中的第一圆台2端面上放置圆台形垫块8，所述圆台形垫块8的直径为48mm，圆台形垫块8的中心线与岩块试件的中心线重合(见图7)；

④操作岩石力学试验机，通过圆台形垫块8与圆环形垫块9对岩块试件加载压力(见图7)，即可使岩块试件发生拉伸破坏(见图9)，加载速率为1mm/s，所加最大载荷为F＝16kN。

从图7可以看出，第一圆台2的端面与第二环形体7的端面为被施力处，被测岩石的拉伸强度的计算方法如下：

${\mathrm{\σ}}_t=\frac{F}{\mathrm{\π}({\left(\frac{d_2}{2}\right)}^2-{\left(\frac{d_1+2b_1}{2}\right)}^2)}=\frac{16\×1000N}{\mathrm{\π}({\left(\frac{75}{2}\right)}^2-{\left(\frac{38+2\×10}{2}\right)}^2){\mathrm{mm}}^2}=9.01\mathrm{MPa}$

实施例4

本实施例中，用于直接拉伸试验的岩块试件如图4、图5所示，其本体1为圆柱形，所述本体的上端面与下端面平行，本体1的上端面设置有以本体的中心为圆心的第一圆环形凹槽3，本体1的下端面设置有以本体的中心为圆心的第二圆环形凹槽5，第一圆环形凹槽3的外圈直径小于第二圆环形凹槽5的内圈直径，且第一圆环形凹槽3与第二圆环形凹槽5部分交错，所述第一圆环形凹槽将本体的上部段分割成位于中心部位的第一圆台2和环绕第一圆台的第一环形体4，所述第二圆环形凹槽将本体的下部段分割成位于中心部位的第二圆台6和环绕第二圆台的第二环形体7，第一圆台2的直径d₁小于第二圆台6的直径d₂，第一圆台2的端面高于第一环形体4的端面，第二圆台6的端面低于第二环形体7的端面。试件各部分的尺寸如下：

本体1的直径D为150mm，高度为80mm，第一圆环形凹槽3的宽度b₁＝3mm，第二圆环形凹槽5的宽度b₂＝4mm，第一圆环形凹槽3的深度h₁＝60mm，第二圆环形凹槽5的深度h₂＝64mm，第一圆台2的直径d₁＝50mm，第二圆台6的直径d₂＝75mm(第一圆台2的直径也是第一圆环形凹槽3的内圈直径，第二圆台6的直径也是第二圆环形凹槽7的内圈直径)，第一圆台2的端面与第一环形体4的端面之间的间距h₃为8mm，第二圆台6的端面与第二环形体7端面之间的间距为8mm。

用上述试件进行直接拉伸试验操作如下：

①将岩块试件放置在岩石力学试验机的试验台上，使岩块试件中第二环形体7端面与试验台接触(见图8)；

②操作岩石力学试验机，通过岩块试件中的第一圆台2端面和第二环形体7端面对岩块试件加载压力(见图8)，即可使岩块试件发生拉伸破坏，加载速率为5mm/s，所加最大载荷为F＝22kN。

从图8可以看出，第一圆台2的端面与第二环形体7的端面为被施力处，被测岩石的拉伸强度的计算方法如下：

${\mathrm{\σ}}_t=\frac{F}{\mathrm{\π}({\left(\frac{d_2}{2}\right)}^2-{\left(\frac{d_1+2b_1}{2}\right)}^2)}=\frac{22\×1000N}{\mathrm{\π}({\left(\frac{75}{2}\right)}^2-{\left(\frac{50+2\×3}{2}\right)}^2){\mathrm{mm}}^2}=11.25\mathrm{MPa}$

实施例5

本实施例中，用于直接拉伸试验的岩块试件如图4、图6所示，与实施例4不同之处是本体1的形状及试件各部分的尺寸。本实施例中，本体1为正四棱柱形，试件各部分的尺寸如下：

本体1的边长L为150mm，高度为90mm，第一圆环形凹槽3的宽度b₁＝8mm，第二圆环形凹槽5的宽度b₂＝10mm，第一圆环形凹槽3的深度h₁＝72mm，第二圆环形凹槽5的深度h₂＝60mm，第一圆台2的直径d₁＝50mm，第二圆台6的直径d₂＝100mm(第一圆台2的直径也是第一圆环形凹槽3的内圈直径，第二圆台6的直径也是第二圆环形凹槽7的内圈直径)，第一圆台的端面与第一环形体4的端面之间的间距h₃为5mm，第二圆台6的端面与第二环形体7端面之间的间距为8mm。

用上述试件进行直接拉伸试验操作如下：

①将岩块试件放置在岩石力学试验机的试验台上，使岩块试件中第二环形体7端面与试验台接触(见图8)；

②操作岩石力学试验机，通过岩块试件中的第一圆台2端面和第二环形体7端面对岩块试件加载压力(见图8)，即可使岩块试件发生拉伸破坏，加载速率为5mm/s，所加最大载荷为F＝60kN。

从图8可以看出，第一圆台2的端面与第二环形体7的端面为被施力处，被测岩石的拉伸强度的计算方法如下：

${\mathrm{\σ}}_t=\frac{F}{\mathrm{\π}({\left(\frac{d_2}{2}\right)}^2-{\left(\frac{d_1+2b_1}{2}\right)}^2)}=\frac{60\×1000N}{\mathrm{\π}({\left(\frac{100}{2}\right)}^2-{\left(\frac{50+2\×8}{2}\right)}^2){\mathrm{mm}}^2}=13.54\mathrm{MPa}$

Claims (10)

1.一种用于直接拉伸试验的岩块试件，该岩块试件的本体(1)为圆柱形或正四棱柱形，所述本体的上端面与下端面平行，其特征在于所述本体(1)的上端面设置有以本体的中心为圆心的第一圆环形凹槽(3)，本体(1)的下端面设置有以本体的中心为圆心的第二圆环形凹槽(5)，第一圆环形凹槽(3)的外圈直径小于第二圆环形凹槽(5)的内圈直径，且第一圆环形凹槽(3)与第二圆环形凹槽(5)部分交错，所述第一圆环形凹槽将本体的一部分分割成位于中心部位的第一圆台(2)和环绕第一圆台的第一环形体(4)，所述第二圆环形凹槽将本体的一部分分割成位于中心部位的第二圆台(6)和环绕第二圆台的第二环形体(7)，第一圆台(2)的直径(d₁)小于第二圆台(6)的直径(d₂)，第一圆台(2)的端面和第一环形体(4)的端面位于同一平面，第二圆台(6)的端面和第二环形体(7)的端面位于同一平面。

2.根据权利要求1所述用于直接拉伸试验的岩块试件，其特征在于第一圆台(2)直径(d₁)是圆柱形本体的直径(D)或正四棱柱形本体的边长(L)的1/4～1/3，第二圆台(6)的直径(d₂)是第一圆台(2)直径(d₁)的1.5～2倍。

3.根据权利要求1或2所述用于直接拉伸试验的岩块试件，其特征在于第一圆环形凹槽(3)的宽度(b₁)与第二圆环形凹槽(5)的宽度(b₂)相同或不相同，第一圆环形凹槽(3)的宽度(b₁)为2mm～10mm，第二圆环形凹槽(5)的宽度(b₂)为2mm～10mm，第一圆环形凹槽(3)的深度(h₁)为本体(1)高度的1/2～4/5，第二圆环形凹槽(5)的深度(h₂)为本体(1)高度的2/3～4/5。

4.根据权利要求3所述用于直接拉伸试验的岩块试件，其特征在于第一圆环形凹槽(3)的宽度(b₁)为3mm～5mm，第二圆环形凹槽(5)的宽度(b₂)为3mm～5mm，第一圆环形凹槽(3)的深度(h₁)为本体(1)高度的2/3～3/4，第二圆环形凹槽(5)的深度(h₂)为本体(1)高度的2/3～3/4。

5.一种用于直接拉伸试验的岩块试件，该岩块试件的本体(1)为圆柱形或正四棱柱形，所述本体的上端面与下端面平行，其特征在于所述本体(1)的上端面设置有以本体的中心为圆心的第一圆环形凹槽(3)，本体(1)的下端面设置有以本体的中心为圆心的第二圆环形凹槽(5)，第一圆环形凹槽(3)的外圈直径小于第二圆环形凹槽(5)的内圈直径，且第一圆环形凹槽(3)与第二圆环形凹槽(5)部分交错，所述第一圆环形凹槽将本体的一部分分割成位于中心部位的第一圆台(2)和环绕第一圆台的第一环形体(4)，所述第二圆环形凹槽将本体的一部分分割成位于中心部位的第二圆台(6)和环绕第二圆台的第二环形体(7)，第一圆台(2)的直径(d₁)小于第二圆台(6)的直径(d₂)，第一圆台(2)的端面高于第一环形体(4)的端面，第二圆台(6)的端面低于第二环形体(7)的端面。

6.根据权利要求5所述用于直接拉伸试验的岩块试件，其特征在于第一圆台的端面与第一环形体(4)的端面之间的间距(h₃)不大于10mm。

7.根据权利要求5或6所述用于直接拉伸试验的岩块试件，其特征在于第一圆台(2)的直径(d₁)是圆柱形本体的直径(D)或正四棱柱形本体的边长(L)的1/4～1/3，第二圆台(6)的直径(d₂)是第一圆台(2)直径(d₁)的1.5～2倍；第一圆环形凹槽(3)的宽度(b₁)与第二圆环形凹槽(5)的宽度(b₂)相同或不相同，第一圆环形凹槽(3)的宽度(b₁)为2mm～10mm，第二圆环形凹槽(5)的宽度(b₂)为2mm～10mm，第一圆环形凹槽(3)的深度(h₁)为本体(1)高度的1/2～4/5，第二圆环形凹槽(5)的深度(h₂)为本体(1)高度的2/3～4/5。

8.根据权利要7所述用于直接拉伸试验的岩块试件，其特征在于第一圆环形凹槽(3)的宽度(b₁)为3mm～5mm，第二圆环形凹槽(5)的宽度(b₂)为3mm～5mm，第一圆环形凹槽(3)的深度(h₁)为本体(1)高度的2/3～3/4，第二圆环形凹槽(5)的深度(h₂)为本体(1)高度的2/3～3/4。

9.一种岩石的直接拉伸试验方法，其特征在于将被测岩石制作成权利要求1至4中任一权利要求所述岩块试件，操作如下：

①在岩石力学试验机的试验台上放置圆环形垫块(9)，所述圆环形垫块的内环面直径小于岩块试件中第二环形体(7)的内环面直径、大于岩块试件中第二圆台(6)的直径，所述圆环形垫块的外环面直径大于岩块试件本体的直径或边长；

②将岩块试件放置在圆环形垫块(9)上，使岩块试件的中心线与圆环形垫块(9)的中心线重合，第二环形体(7)端面与圆环形垫块(9)的端面接触；

③在岩块试件中的第一圆台(2)端面上放置圆台形垫块(8)，所述圆台形垫块(8)的直径大于第一圆台(2)的直径、小于第一环形体(4)内环面的直径，圆台形垫块(8)的中心线与岩块试件的中心线重合；

④操作岩石力学试验机，通过圆台形垫块(8)与圆环形垫块(9)对岩块试件加载压力，即可使岩块试件发生拉伸破坏。

10.一种岩石的纯剪切试验方法，其特征在于将被测岩石制作成权利要求5至8中任一权利要求所述岩块试件，操作如下：

①将岩块试件放置在岩石力学试验机的试验台上，使岩块试件中第二环形体(7)端面与试验台接触；

②操作岩石力学试验机，通过岩块试件中的第一圆台(2)端面和第二环形体(7)端面对岩块试件加载压力，即可使岩块试件发生拉伸破坏。