CN106546488B - 一种围压作用下岩石拉伸试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

发明提供一种围压作用下岩石拉伸试验装置及其试验方法。该装置包括构件I、构件II、连接板、垫板。构件I上具有滑轨，构件II上具有滑槽，在滑轨和滑槽的约束作用下构件II能且只能沿竖向移动，同时将试验机的压力转化为试样的拉力。拉头与横梁的球绞形式连接保证试样中心受拉。本发明装置结构简单，试验结果可靠，能够在现有三轴试验机上进行围压下岩石的拉伸试验，大幅节约了试验成本。

Description

一种围压作用下岩石拉伸试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及岩石力学领域，尤其涉及一种用于进行围压作用下岩石拉伸试验的装置和试验方法。

背景技术

自然条件下，地下岩体一般处于三轴受压状态。但是，巷道和硐室开挖后，围岩产生强卸荷作用，地应力重分布。在一定范围内，围岩在巷道径向方向会产生拉应力，而在巷道切向方向和走向方向，围岩仍承受压应力。巷道径向方向的拉应力是引起围岩破裂甚至失稳的重要因素。岩石在围压作用下的拉伸力学性质的研究对巷道和硐室围岩控制具有重要意义。由于技术和操作性等原因，目前对围压下岩石的拉伸性质的试验研究相对较少。目前进行围压作用下岩石拉伸试验的方法主要有两种：1)采用“狗骨”形状试样，试验机围压系统同时提供围压和轴向拉力；2)在密闭空间内注入高压液体，高压液体提供围压，同时对上下板提供压力，上下板在液压作用下反向运动提供给试样拉应力。然而，这两种方法都是采用液压同时提供围压和拉力的方法，这种方法具有明显的缺陷：1)围压和轴向拉力不独立，围压和轴向力具有函数关系，无法进行任意围压作用下的拉伸试验；2)在低围压作用下轴向拉力不足以使试样产生轴向拉伸破坏；3)在密闭空间内注入高压液体，同时上下板能自由运动，这对装置密封性提出了巨大挑战，试验结果准确性也无法保证。因此，目前用于围压作用下岩石拉伸试验的方法和设备在实用性和试验结果准确性上存在明显不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种构造简单、测试结果准确、能进行任意围压下岩石拉伸试验的装置及其试验方法，以解决现有技术实用性弱和结果准确性差等问题，实现在三轴试验机上进行围压作用下岩石拉伸试验。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种围压作用下岩石拉伸试验装置，包括构件Ⅰ、构件Ⅱ、连接板、底板、拉头Ⅰ、拉头Ⅱ。

所述构件Ⅰ包括传力柱Ⅰ、横梁Ⅰ和传力柱Ⅱ。所述横梁Ⅰ连接在传力柱Ⅰ和传力柱Ⅱ之间。所述传力柱Ⅰ、横梁Ⅰ和传力柱Ⅱ为一个整体。所述传力柱Ⅰ、横梁Ⅰ和传力柱Ⅱ合围半包围空间ⅠS。

所述横梁Ⅰ的截面为直边椭圆形。所述横梁Ⅰ顶面上具有异径孔Ⅰ。所述异径孔Ⅰ包括半球孔Ⅰ和通孔Ⅰ。所述半球孔Ⅰ开口朝上。所述通孔Ⅰ连通半球孔Ⅰ的圆弧面和横梁Ⅰ的下表面。

所述传力柱Ⅰ为一个曲面体，包括顶、底面和4个侧面。所述传力柱Ⅰ的4个侧面中，包括3个平面和1个弧形曲面。其中，远离半包围空间ⅠS的一侧为弧形曲面。所述传力柱Ⅰ的2个侧面上具有竖向滑轨Ⅰ。所述传力柱Ⅰ的底面具有若干个螺纹孔Ⅰ。

所述传力柱Ⅱ为一个曲面体，包括顶、底面和4个侧面。所述传力柱Ⅱ的4个侧面中，包括3个平面和1个弧形曲面。其中，远离半包围空间ⅠS的一侧为弧形曲面。所述传力柱Ⅱ的2个侧面上均具有竖向滑轨Ⅱ。所述传力柱Ⅱ的底面具有若干个螺纹孔Ⅱ。

所述构件Ⅱ包括两个支撑腿Ⅰ和两个支撑腿Ⅱ，以及连接各支撑腿的横梁Ⅱ。所述横梁Ⅱ的截面为直边椭圆形。这个直边椭圆形的一条直边与两个支撑腿Ⅰ相连，另一条直边与两个支撑腿Ⅱ相连。所述的两个支撑腿Ⅰ、横梁Ⅱ和两个支撑腿Ⅱ为一个整体。所述的两个支撑腿Ⅰ、横梁Ⅱ和两个支撑腿Ⅱ合围半包围空间ⅡS。

所述横梁Ⅱ底面上具有异径孔Ⅱ。所述异径孔Ⅱ包括半球孔Ⅱ和通孔Ⅱ。所述半球孔Ⅱ开口朝上。所述通孔Ⅱ连通半球孔Ⅱ的圆弧面和横梁Ⅱ的下表面。

所述支撑腿Ⅰ为一个曲面体，包括顶底面和3个侧面。所述支撑腿Ⅰ的3个侧面中，包括2个平面和1个弧形曲面。所述两个支撑腿Ⅰ的顶面上均具有若干个螺纹孔Ⅲ。所述两个支撑腿Ⅰ相对的一侧布置有竖向滑槽Ⅰ。

所述支撑腿Ⅱ为一个曲面体，包括顶底面和3个侧面。所述支撑腿Ⅱ的3个侧面中，包括2个平面和1个弧形曲面。所述两个支撑腿Ⅱ的顶面上均具有若干个螺纹孔Ⅳ。所述两个支撑腿Ⅱ相对的一侧布置有竖向滑槽Ⅱ。

所述连接板为圆形板状结构。所述连接板搭设在支撑腿Ⅰ和支撑腿Ⅱ的顶面上。所述连接板的板面上具有若干个柱形沉头孔Ⅰ。所述柱形沉头孔Ⅰ中具有内六角螺栓。这些内六角螺栓穿过柱形沉头孔Ⅰ后旋入螺纹孔Ⅲ或螺纹孔Ⅳ中，将连接板和构件Ⅱ固定连接。

所述底板为圆形板状结构。所述底板与连接板截面的半径相等。所述底板的板面上具有若干个柱形沉头孔Ⅱ。所述柱形沉头孔Ⅱ中具有内六角螺栓。这些内六角螺栓穿过柱形沉头孔Ⅱ后旋入螺纹孔Ⅰ或螺纹孔Ⅱ中，将底板固定在构件Ⅰ下方。

所述构件Ⅰ、构件Ⅱ、连接板和底板构成组合件。所述组合件中，横梁Ⅱ位于底板的上方，横梁Ⅰ位于横梁Ⅱ的上方，连接板位于横梁Ⅰ的上方。所述传力柱Ⅰ插入两条支撑腿Ⅰ之间。所述传力柱Ⅱ插入两个支撑腿Ⅱ之间。所述半包围空间ⅠS和半包围空间ⅡS组合成空间S。所述竖向滑轨Ⅰ与竖向滑槽Ⅰ配合，所述竖向滑轨Ⅱ与竖向滑槽Ⅱ配合。所述构件Ⅱ可竖向运动。所述传力柱Ⅰ、横梁Ⅰ、传力柱Ⅱ、支撑腿Ⅰ、支撑腿Ⅱ和横梁Ⅱ的截面中，各圆弧所对应的半径相等。

所述拉头Ⅰ为刚性圆柱体。所述拉头Ⅰ的上表面具有螺纹孔Ⅴ。所述拉头Ⅱ为刚性圆柱体。所述拉头Ⅱ的下表面具有螺纹孔Ⅵ。

所述试样是一个置于空间S内的圆柱体。这个圆柱体的上表面粘贴拉头Ⅰ的下表面，下表面粘贴拉头Ⅱ的上表面。

所述拉头Ⅰ通过螺栓Ⅰ与横梁Ⅰ连接。所述螺栓Ⅰ包括螺杆Ⅰ和头部Ⅰ。所述头部Ⅰ为一个球缺，这个球缺的底面上具有六角孔Ⅰ。所述螺杆Ⅰ旋入螺纹孔Ⅴ内。所述头部Ⅰ与半球孔Ⅰ组成球铰形式。

所述拉头Ⅱ通过螺栓Ⅱ与横梁Ⅱ连接。所述螺栓Ⅱ包括螺杆Ⅱ和头部Ⅱ。所述头部Ⅱ为一个球缺，这个球缺的底面上具有六角孔Ⅱ。所述螺杆Ⅱ旋入螺纹孔Ⅵ内。所述头部Ⅱ与半球孔Ⅱ组成球铰形式。

所述组合件置于压力室内。所述压力室为三轴试验机的液压室。所述组合件的上方和下方分别与试验机加载头Ⅰ和试验机加载头Ⅱ接触。

所述试验机加载头Ⅰ的下端作用于连接板。所述试验机加载头Ⅱ的上端搁置底板。

试验时，构件Ⅱ向下运动，带动拉头Ⅱ向下运动。

进一步，所述竖向滑槽Ⅰ和竖向滑槽Ⅱ均是条形凹槽，与之配合的竖向滑轨Ⅰ和竖向滑轨Ⅱ均是凸出的长条形凸轨。

进一步，所述连接板的截面圆与底板的截面圆半径相等。

进一步，所述传力柱Ⅰ截面中的圆弧所对应的半径与底板的截面圆半径相等。

本发明还公开一种关于上述围压作用下岩石拉伸试验装置的试验方法，包括以下步骤：

1)将拉头Ⅰ和拉头Ⅱ与试样对中。试样上下表面采用强力胶分别粘贴拉头Ⅰ与拉头Ⅱ，形成组装体。

2)待强力胶完全凝固后，采用热缩管包裹所述组装体。使用热风机加热热缩管。热缩管收缩后，贴附于组装体表面。

3)将组装体置于空间S内。通过螺栓Ⅰ将拉头Ⅰ与横梁Ⅰ连接，螺栓Ⅱ将拉头Ⅱ与横梁Ⅱ连接。

4)将组合件置于压力室内，采用试验机围压加载系统加载围压至设定值。

5)通过试验机加载头Ⅰ和试验机加载头Ⅱ施加竖向荷载，直到试样破坏。试样破坏后立即关闭试验机加载系统。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

A.拉头与横梁采用装置配件组成的球绞连接，保证了试样轴向受拉和试样中心受拉，试验结果准确可靠；

B.框架设计将试验机竖向压力转为岩石试样的拉应力，操作简单，易于控制；

C.本发明装置可在现有三轴压缩试验机上使用，无需专门配备试验系统，大幅降低试验成本；

D.本发明可以进行任意围压作用下的岩石试样拉伸试验，轴向拉力和围压相互独立。

附图说明

图1为装置正视图；

图2为构件Ⅰ结构示意图；

图3为A处局部放大图；

图4为构件Ⅰ仰视图；

图5为构件Ⅱ结构示意图；

图6为B处局部放大图；

图7为构件Ⅱ俯视图；

图8为连接板结构示意图；

图9为连接板俯视图；

图10为底板结构示意图；

图11为底板仰视图；

图12为组合件结构示意图；

图13为拉头Ⅰ俯视图；

图14为拉头Ⅱ结构示意图；

图15为拉头Ⅱ仰视图；

图16为螺栓Ⅰ结构示意图；

图17为螺栓Ⅱ结构示意图；

图18为组装体与组合件结构示意图；

图19为组装体与组合件正视图；

图20为装置工作示意图。

图中：半包围空间ⅠS1、半包围空间ⅡS2、空间S、构件Ⅰ1、传力柱Ⅰ101、竖向滑轨Ⅰ1011、螺纹孔Ⅰ1012、横梁Ⅰ102、异径孔Ⅰ1021、半球孔Ⅰ10211、通孔Ⅰ10212、传力柱Ⅱ103、竖向滑轨Ⅱ1031、螺纹孔Ⅱ1032、构件Ⅱ2、支撑腿Ⅰ201、竖向滑槽Ⅰ2012、螺纹孔Ⅲ2013、横梁Ⅱ202、异径孔Ⅱ2021、半球孔Ⅱ20211、通孔Ⅱ20212支撑腿Ⅱ203、竖向滑槽Ⅱ2032、螺纹孔Ⅳ2033、连接板3、柱形沉头孔Ⅰ301、底板4、柱形沉头孔Ⅱ401、拉头Ⅰ5、螺纹孔Ⅴ501、拉头Ⅱ50、螺纹孔Ⅵ5001、螺栓Ⅰ6、螺杆Ⅰ601、头部Ⅰ602、六角孔Ⅰ6021、螺栓Ⅱ60、螺杆Ⅱ6001、头部Ⅱ6002、六角孔Ⅱ60021、试样7、压力室8、试验机加载头Ⅰ9、试验机加载头Ⅱ90、热缩管10。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例公开一种围压作用下岩石拉伸试验装置，包括构件Ⅰ1、构件Ⅱ2、连接板3、底板4、拉头Ⅰ5、拉头Ⅱ50。

参见图2、图3和图4，所述构件Ⅰ1包括传力柱Ⅰ101、横梁Ⅰ102和传力柱Ⅱ103。所述横梁Ⅰ102连接在传力柱Ⅰ101和传力柱Ⅱ103之间，三者上表面平齐。所述传力柱Ⅰ101、横梁Ⅰ102和传力柱Ⅱ103为一个整体。所述传力柱Ⅰ101、横梁Ⅰ102和传力柱Ⅱ103合围半包围空间ⅠS1。

所述横梁Ⅰ102的截面为直边椭圆形(即矩形的两条对边被两条相同的圆弧代替，新围成图形的面积大于原矩形面积)。横梁Ⅰ102的四个侧面中，包括两个平面和两个曲面。这两个平面分别与传力柱Ⅰ101和传力柱Ⅱ103一体连接。所述横梁Ⅰ102顶面上具有异径孔Ⅰ1021。所述异径孔Ⅰ1021包括半球孔Ⅰ10211和通孔Ⅰ10212。所述半球孔Ⅰ10211开口朝上。所述通孔Ⅰ10212连通半球孔Ⅰ10211的圆弧面和横梁Ⅰ102的下表面。

所述传力柱Ⅰ101为一个曲面体，包括顶、底面和4个侧面。所述传力柱Ⅰ101的顶、底面均为水平面。所述传力柱Ⅰ101的4个侧面中，包括2个正平面、1个侧平面和1个弧形曲面。其中，远离半包围空间ⅠS1的一侧为弧形曲面。这个弧形曲面的水平投影积聚为圆弧。所述传力柱Ⅰ101的侧平面与横梁Ⅰ102相连。所述传力柱Ⅰ101的2个正平面上具有竖向滑轨Ⅰ1011。所述传力柱Ⅰ101的底面具有若干个螺纹孔Ⅰ1012。

所述传力柱Ⅱ103为一个曲面体，包括顶、底面和4个侧面。所述传力柱Ⅱ103的顶、底面均为水平面。所述传力柱Ⅱ103的4个侧面中，包括2个正平面、1个侧平面和1个弧形曲面。其中，远离半包围空间ⅠS1的一侧为弧形曲面。这个弧形曲面的水平投影积聚为圆弧。所述传力柱Ⅱ103的侧平面与横梁Ⅰ102相连。所述传力柱Ⅱ103的2个正平面上均具有竖向滑轨Ⅱ1031。所述传力柱Ⅱ103的底面具有若干个螺纹孔Ⅱ1032。

参见图5、图6和图7，所述构件Ⅱ2包括两个支撑腿Ⅰ201和两个支撑腿Ⅱ203，以及连接各支撑腿的横梁Ⅱ202。所述两个支撑腿Ⅰ201、两个支撑腿Ⅱ203和横梁Ⅱ202底面平齐。所述横梁Ⅱ202的截面为直边椭圆形，即矩形的两条对边被圆弧代替，新围成图形的面积大于原矩形面积。这个直边椭圆形的一条直边与两个支撑腿Ⅰ201相连，另一条直边与两个支撑腿Ⅱ203相连。所述的两个支撑腿Ⅰ201、横梁Ⅱ202和两个支撑腿Ⅱ203为一个整体。即所述横梁Ⅱ202的四个侧面中，包括两个平面和两个曲面。这两个平面中，一个平面与两个支撑腿Ⅰ201一体连接，另一个平面与两个支撑腿Ⅱ203一体连接。所述的两个支撑腿Ⅰ201、横梁Ⅱ202和两个支撑腿Ⅱ203合围半包围空间ⅡS2。

所述横梁Ⅱ202底面上具有异径孔Ⅱ2021。所述异径孔Ⅱ2021包括半球孔Ⅱ20211和通孔Ⅱ20212。所述半球孔Ⅱ20211开口朝上。所述通孔Ⅱ20212连通半球孔Ⅱ20211的圆弧面和横梁Ⅱ202的下表面。

所述支撑腿Ⅰ201为一个曲面体，包括顶底面和3个侧面。所述支撑腿Ⅰ201的顶、底面均为水平面。所述支撑腿Ⅰ201的3个侧面中，包括1个正平面、1个侧平面和1个弧形曲面。所述弧形曲面的水平投影积聚为圆弧。所述两个支撑腿Ⅰ201的侧平面与横梁Ⅱ202连接。所述两个支撑腿Ⅰ201的顶面上均具有若干个螺纹孔Ⅲ2013。所述两个支撑腿Ⅰ201的正平面相对，正平面上布置有竖向滑槽Ⅰ2012。

所述支撑腿Ⅱ203为一个曲面体，包括顶底面和3个侧面。所述支撑腿Ⅰ201的顶、底面均为水平面。所述支撑腿Ⅱ203的3个侧面中，包括1个正平面、1个侧平面和1个弧形曲面。所述弧形曲面的水平投影积聚为圆弧。所述两个支撑腿Ⅱ203的侧平面与横梁Ⅱ202连接。所述两个支撑腿Ⅱ203的顶面上均具有若干个螺纹孔Ⅳ2033。所述两个支撑腿Ⅱ203的正平面相对，正平面上布置有竖向滑槽Ⅰ2012。

参见图8和图9，所述连接板3为圆形板状结构。所述连接板3搭设在支撑腿Ⅰ201和支撑腿Ⅱ203的顶面上。所述连接板3的板面上具有4个柱形沉头孔Ⅰ301。所述柱形沉头孔Ⅰ301中具有内六角螺栓。这些内六角螺栓穿过柱形沉头孔Ⅰ301后旋入螺纹孔Ⅲ2013或螺纹孔Ⅳ2033中，将连接板3和构件Ⅱ2固定连接。

参见图10和图11，所述底板4为圆形板状结构。所述底板4的板面上具有2个柱形沉头孔Ⅱ401。所述柱形沉头孔Ⅱ401中具有内六角螺栓。这些内六角螺栓穿过柱形沉头孔Ⅱ401后旋入螺纹孔Ⅰ1012或螺纹孔Ⅱ1032中，将底板4固定在构件Ⅰ1下方。所述连接板3的截面圆与底板4的截面圆半径相等。

参见图12，所述构件Ⅰ1、构件Ⅱ2、连接板3和底板4构成组合件。所述组合件中，横梁Ⅱ202位于底板4的上方，横梁Ⅰ102位于横梁Ⅱ202的上方，连接板3位于横梁Ⅰ102的上方。所述传力柱Ⅰ101插入两条支撑腿Ⅰ201之间。所述传力柱Ⅱ103插入两个支撑腿Ⅱ203之间。所述半包围空间ⅠS1和半包围空间ⅡS2组合成空间S。所述竖向滑轨Ⅰ1011与竖向滑槽Ⅰ2012配合，所述竖向滑轨Ⅱ1031与竖向滑槽Ⅱ2032配合。所述传力柱Ⅰ101的截面尺寸与缺口Ⅰ2011的截面尺寸相匹配，立柱Ⅱ103的截面尺寸与缺口Ⅱ2031的截面尺寸相匹配。所述构件Ⅱ2可竖向运动。所述组合件整体呈圆柱状。所述传力柱Ⅰ101、横梁Ⅰ102、传力柱Ⅱ103、支撑腿Ⅰ201、支撑腿Ⅱ203、横梁Ⅱ202、连接板3和底板4的截面中，各圆弧所对应的半径与底板4的截面圆半径相等。

参见图13、图14和图15，所述拉头Ⅰ5为刚性圆柱体。所述拉头Ⅰ5的上表面具有螺纹孔Ⅴ501。所述拉头Ⅱ50为刚性圆柱体。所述拉头Ⅱ50的下表面具有螺纹孔Ⅵ5001。

参见图18和图19，所述试样7是一个置于空间S内的圆柱体。这个圆柱体的上表面粘贴拉头Ⅰ5的下表面，下表面粘贴拉头Ⅱ50的上表面。

所述拉头Ⅰ5通过螺栓Ⅰ6与横梁Ⅰ102连接。所述拉头Ⅰ5的上表面紧贴横梁Ⅰ102的下表面。参见图16，所述螺栓Ⅰ6包括螺杆Ⅰ601和头部Ⅰ602。所述头部Ⅰ602为一个球缺，这个球缺的底面上具有六角孔Ⅰ6021。所述螺杆Ⅰ601旋入螺纹孔Ⅴ501内。所述头部Ⅰ602与半球孔Ⅰ10211组成球铰形式，即半球孔Ⅰ10211对应球壳，头部Ⅰ602对应球，头部Ⅰ602与半球孔Ⅰ10211相切，头部Ⅰ602在半球孔Ⅰ10211内可以自由转动。

所述拉头Ⅱ50通过螺栓Ⅱ60与横梁Ⅱ202连接。所述拉头Ⅱ50的下表面紧贴横梁Ⅱ202的上表面。参见图17，所述螺栓Ⅱ60包括螺杆Ⅱ6001和头部Ⅱ6002。所述头部Ⅱ6002为一个球缺，这个球缺的底面上具有六角孔Ⅱ60021。所述螺杆Ⅱ6001旋入螺纹孔Ⅵ5001内。所述头部Ⅱ6002与半球孔Ⅱ20211组成球铰形式。

参见图1和图20，所述组合件置于压力室8内。所述压力室8为三轴试验机的液压室。所述压力室8内充满高压液体。高压液体提供侧向压力。所述组合件的上方和下方分别与试验机加载头Ⅰ9和试验机加载头Ⅱ90接触。

所述试验机加载头Ⅰ9的下端作用于连接板3。所述试验机加载头Ⅱ90的上端搁置底板4。

试验时，构件Ⅱ2向下运动，横梁Ⅱ202带动拉头Ⅱ50向下运动。横梁Ⅱ202对拉头Ⅱ50施加向下的力，横梁Ⅰ102对拉头Ⅰ5施加向上的力。进而，拉头Ⅰ5对试样7产生向上的拉力，拉头Ⅱ50对试样7产生向下的拉力。这样，就将试验机加载头Ⅰ9和试验机加载头Ⅱ90对构件Ⅰ和构件Ⅱ2施加的压力转化为拉头Ⅰ5和拉头Ⅱ50对试样7施加的拉力。

值得说明的是，在本实施例中，所述竖向滑槽Ⅰ2012和竖向滑槽Ⅱ2032均是条形凹槽，与之配合的竖向滑轨Ⅰ1011和竖向滑轨Ⅱ1031均是凸出的长条形凸轨。凸轨与凹槽相互嵌合不脱离，只能沿纵向滑动。

实施例2：

本实施例公开一种关于实施例1所述的围压作用下岩石拉伸试验装置的试验方法，包括以下步骤：

1)将拉头Ⅰ5和拉头Ⅱ50与试样7对中。试样7上下表面采用强力胶分别粘贴拉头Ⅰ5与拉头Ⅱ50，形成组装体。

2)待强力胶完全凝固后，采用热缩管10包裹所述组装体，防止液压油进入试样7。使用热风机加热热缩管10。热缩管10收缩后，贴附于组装体表面。

3)将组装体置于空间S内。通过螺栓Ⅰ6将拉头Ⅰ5与横梁Ⅰ102连接，螺栓Ⅱ60将拉头Ⅱ50与横梁Ⅱ202连接。并使用内六角扳手拧紧固定。

4)将组合件置于压力室8内，采用试验机围压加载系统加载围压至设定值。

5)通过试验机加载头Ⅰ9和试验机加载头Ⅱ90施加竖向荷载，直到试样7破坏。试样7破坏后立即关闭试验机加载系统。

Claims (5)

1.一种围压作用下岩石拉伸试验装置，其特征在于，包括构件Ⅰ(1)、构件Ⅱ(2)、连接板(3)、底板(4)、拉头Ⅰ(5)、拉头Ⅱ(50)；

所述构件Ⅰ(1)包括传力柱Ⅰ(101)、横梁Ⅰ(102)和传力柱Ⅱ(103)；所述横梁Ⅰ(102)连接在传力柱Ⅰ(101)和传力柱Ⅱ(103)之间；所述传力柱Ⅰ(101)、横梁Ⅰ(102)和传力柱Ⅱ(103)为一个整体；所述传力柱Ⅰ(101)、横梁Ⅰ(102)和传力柱Ⅱ(103)合围半包围空间Ⅰ(S1)；

所述横梁Ⅰ(102)的截面为直边椭圆形；所述横梁Ⅰ(102)顶面上具有异径孔Ⅰ(1021)；所述异径孔Ⅰ(1021)包括半球孔Ⅰ(10211)和通孔Ⅰ(10212)；所述半球孔Ⅰ(10211)开口朝上；所述通孔Ⅰ(10212)连通半球孔Ⅰ(10211)的圆弧面和横梁Ⅰ(102)的下表面；

所述传力柱Ⅰ(101)为一个曲面体，包括顶、底面和4个侧面；所述传力柱Ⅰ(101)的4个侧面中，包括3个平面和1个弧形曲面；其中，远离半包围空间Ⅰ(S1)的一侧为弧形曲面；所述传力柱Ⅰ(101)的2个侧面上具有竖向滑轨Ⅰ(1011)；所述传力柱Ⅰ(101)的底面具有若干个螺纹孔Ⅰ(1012)；

所述传力柱Ⅱ(103)为一个曲面体，包括顶、底面和4个侧面；所述传力柱Ⅱ(103)的4个侧面中，包括3个平面和1个弧形曲面；其中，远离半包围空间Ⅰ(S1)的一侧为弧形曲面；所述传力柱Ⅱ(103)的2个侧面上均具有竖向滑轨Ⅱ(1031)；所述传力柱Ⅱ(103)的底面具有若干个螺纹孔Ⅱ(1032)；

所述构件Ⅱ(2)包括两个支撑腿Ⅰ(201)和两个支撑腿Ⅱ(203)，以及连接各支撑腿的横梁Ⅱ(202)；所述横梁Ⅱ(202)的截面为直边椭圆形；这个直边椭圆形的一条直边与两个支撑腿Ⅰ(201)相连，另一条直边与两个支撑腿Ⅱ(203)相连；所述的两个支撑腿Ⅰ(201)、横梁Ⅱ(202)和两个支撑腿Ⅱ(203)为一个整体；所述的两个支撑腿Ⅰ(201)、横梁Ⅱ(202)和两个支撑腿Ⅱ(203)合围半包围空间Ⅱ(S2)；

所述横梁Ⅱ(202)底面上具有异径孔Ⅱ(2021)；所述异径孔Ⅱ(2021)包括半球孔Ⅱ(20211)和通孔Ⅱ(20212)；所述半球孔Ⅱ(20211)开口朝上；所述通孔Ⅱ(20212)连通半球孔Ⅱ(20211)的圆弧面和横梁Ⅱ(202)的下表面；

所述支撑腿Ⅰ(201)为一个曲面体，包括顶底面和3个侧面；所述支撑腿Ⅰ(201)的3个侧面中，包括2个平面和1个弧形曲面；所述两个支撑腿Ⅰ(201)的顶面上均具有若干个螺纹孔Ⅲ(2013)；所述两个支撑腿Ⅰ(201)相对的一侧布置有竖向滑槽Ⅰ(2012)；

所述支撑腿Ⅱ(203)为一个曲面体，包括顶底面和3个侧面；所述支撑腿Ⅱ(203)的3个侧面中，包括2个平面和1个弧形曲面；所述两个支撑腿Ⅱ(203)的顶面上均具有若干个螺纹孔Ⅳ(2033)；所述两个支撑腿Ⅱ(203)相对的一侧布置有竖向滑槽Ⅱ(2032)；

所述连接板(3)为圆形板状结构；所述连接板(3)搭设在支撑腿Ⅰ(201)和支撑腿Ⅱ(203)的顶面上；所述连接板(3)的板面上具有若干个柱形沉头孔Ⅰ(301)；所述柱形沉头孔Ⅰ(301)中具有内六角螺栓；这些内六角螺栓穿过柱形沉头孔Ⅰ(301)后旋入螺纹孔Ⅲ(2013)或螺纹孔Ⅳ(2033)中，将连接板(3)和构件Ⅱ(2)固定连接；

所述底板(4)为圆形板状结构；所述底板(4)的板面上具有若干个柱形沉头孔Ⅱ(401)；所述柱形沉头孔Ⅱ(401)中具有内六角螺栓；这些内六角螺栓穿过柱形沉头孔Ⅱ(401)后旋入螺纹孔Ⅰ(1012)或螺纹孔Ⅱ(1032)中，将底板(4)固定在构件Ⅰ(1)下方；

所述构件Ⅰ(1)、构件Ⅱ(2)、连接板(3)和底板(4)构成组合件；所述组合件中，横梁Ⅱ(202)位于底板(4)的上方，横梁Ⅰ(102)位于横梁Ⅱ(202)的上方，连接板(3)位于横梁Ⅰ(102)的上方；所述传力柱Ⅰ(101)插入两条支撑腿Ⅰ(201)之间；所述传力柱Ⅱ(103)插入两个支撑腿Ⅱ(203)之间；所述半包围空间Ⅰ(S1)和半包围空间Ⅱ(S2)组合成空间(S)；所述竖向滑轨Ⅰ(1011)与竖向滑槽Ⅰ(2012)配合，所述竖向滑轨Ⅱ(1031)与竖向滑槽Ⅱ(2032)配合；所述构件Ⅱ(2)可竖向运动；所述传力柱Ⅰ(101)、横梁Ⅰ(102)、传力柱Ⅱ(103)、支撑腿Ⅰ(201)、支撑腿Ⅱ(203)和横梁Ⅱ(202)的截面中，各圆弧所对应的半径相等；

所述拉头Ⅰ(5)为刚性圆柱体；所述拉头Ⅰ(5)的上表面具有螺纹孔Ⅴ(501)；所述拉头Ⅱ(50)为刚性圆柱体；所述拉头Ⅱ(50)的下表面具有螺纹孔Ⅵ(5001)；

试样(7)是一个置于空间(S)内的圆柱体；这个圆柱体的上表面粘贴拉头Ⅰ(5)的下表面，下表面粘贴拉头Ⅱ(50)的上表面；

所述拉头Ⅰ(5)通过螺栓Ⅰ(6)与横梁Ⅰ(102)连接；所述螺栓Ⅰ(6)包括螺杆Ⅰ(601)和头部Ⅰ(602)；所述头部Ⅰ(602)为一个球缺，这个球缺的底面上具有六角孔Ⅰ(6021)；所述螺杆Ⅰ(601)旋入螺纹孔Ⅴ(501)内；所述头部Ⅰ(602)与半球孔Ⅰ(10211)组成球铰形式；

所述拉头Ⅱ(50)通过螺栓Ⅱ(60)与横梁Ⅱ(202)连接；所述螺栓Ⅱ(60)包括螺杆Ⅱ(6001)和头部Ⅱ(6002)；所述头部Ⅱ(6002)为一个球缺，这个球缺的底面上具有六角孔Ⅱ(60021)；所述螺杆Ⅱ(6001)旋入螺纹孔Ⅵ(5001)内；所述头部Ⅱ(6002)与半球孔Ⅱ(20211)组成球铰形式；

所述组合件置于压力室(8)内；所述压力室(8)为三轴试验机的液压室；所述组合件的上方和下方分别与试验机加载头Ⅰ(9)和试验机加载头Ⅱ(90)接触；

所述试验机加载头Ⅰ(9)的下端作用于连接板(3)；所述试验机加载头Ⅱ(90)的上端搁置底板(4)；

试验时，构件Ⅱ(2)向下运动，带动拉头Ⅱ(50)向下运动。

2.根据权利要求1所述的一种围压作用下岩石拉伸试验装置，其特征在于：所述竖向滑槽Ⅰ(2012)和竖向滑槽Ⅱ(2032)均是条形凹槽，与之配合的竖向滑轨Ⅰ(1011)和竖向滑轨Ⅱ(1031)均是凸出的长条形凸轨。

3.根据权利要求1或2所述的一种围压作用下岩石拉伸试验装置，其特征在于：所述连接板(3)的截面圆与底板(4)的截面圆半径相等。

4.根据权利要求3所述的一种围压作用下岩石拉伸试验装置，其特征在于：所述传力柱Ⅰ101截面中的圆弧所对应的半径与底板4的截面圆半径相等。

5.一种权利要求1所述的围压作用下岩石拉伸试验装置的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将拉头Ⅰ(5)和拉头Ⅱ(50)与试样(7)对中；试样(7)上下表面采用强力胶分别粘贴拉头Ⅰ(5)与拉头Ⅱ(50)，形成组装体；

2)待强力胶完全凝固后，采用热缩管(10)包裹所述组装体；使用热风机加热热缩管(10)；热缩管(10)收缩后，贴附于组装体表面；

3)将组装体置于空间(S)内；通过螺栓Ⅰ(6)将拉头Ⅰ(5)与横梁Ⅰ(102)连接，螺栓Ⅱ(60)将拉头Ⅱ(50)与横梁Ⅱ(202)连接；

4)将组合件置于压力室(8)内，采用试验机围压加载系统加载围压至设定值；

5)通过试验机加载头Ⅰ(9)和试验机加载头Ⅱ(90)施加竖向荷载，直到试样(7)破坏；试样(7)破坏后立即关闭试验机加载系统。