CN106680078A - 一种可施加围压的岩石拉伸试验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可施加围压的岩石拉伸试验系统，包括围压装置和拉伸装置，所述围压装置包括箱体和箱盖，所述箱盖可分离地扣合在所述箱体的开口端，箱体固定在拉伸装置的固定端，箱体内腔的底部设置有一凸台，凸台顶部设有第一凹槽，在凸台的上方对齐地设有一顶座，顶座可活动地穿过箱盖并与拉升装置的施力端连接，在顶座上与第一凹槽的对应面上设有第二凹槽，通过第一凹槽和第二凹槽固定套接有一试样，在箱体内腔设置有一中空的加压胶囊，加压胶囊包覆在试样的外侧，加压胶囊设置有与箱体外界连通的液体加注管和排气管。该装置装样方便、操作简单，测量精准，拆卸方便，实现了对施加围压的岩石的试验测试。

Description

一种可施加围压的岩石拉伸试验系统
技术领域
本发明涉一种岩石拉伸测试系统，尤其涉及一种能施加均布围压力的岩石拉伸破坏试验系统。
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，而且工程岩体中的应力状态常常很复杂，有些区域处于压应力状态，而有些区域则处于拉应力或拉剪应力状态；由于岩石类材料最显著的特点就是抗拉强度远小于抗压强度，所以岩体的破坏常常从拉应力区或拉剪应力区开始，出现拉破坏或拉剪因而研究拉应力作用下特别是在有围压作用下的岩石直接拉伸力学特性具有重要的理论意义和工程应用价值。目前，对岩石的抗压强度研究较多，而应力状态对拉伸强度的影响论述很少，对于岩石拉伸强度的试验研究方法主要有巴西劈裂法、弯曲拉伸法、水压致裂法以及直接拉伸法等等。综上所述，以往对于岩石拉伸力学特性的研究均处于单轴应力状态之下，而基于围压作用下的岩石拉伸强度准则则更是鲜有报道，其研究成果也并不多见。同时，在单轴条件下直接拉伸和施加围压后直接拉伸两种情况下的岩石力学参数对比研究也未见有相关报道。
对于深部地下工程而言，深埋高应力岩体均处于三向应力状态。在开挖卸荷以后，深部岩体可能处于双向受压而一向受拉的应力状态，因此，深入研究岩石在围压状态下的拉伸力学特性具有及其重要的意义。一些学者也曾进行过围压下岩石直接拉伸试验的研究，但是其试验中仍然是采用伺服试验机对拉头施加轴向压缩载荷，以平衡其承受的部分拉伸载荷，这也并非是真正意义上的岩石直接拉伸破坏试验。目前在岩石力学的研究领域中，还并未见有学者研发出可施加围压的岩石直接拉伸试验系统。
发明内容
本发明目的在于提供一种可施加围压的岩石直接拉伸试验系统，同时，该系统还可测得岩石在不同围压状态下的抗拉强度以及相关力学参数，以实现岩石不同受力状态的实际需求。
为实现上述目的，本发明公开了一种可施加围压的岩石拉伸试验系统,包括围压装置和拉伸装置，所述围压装置包括箱体和箱盖，所述箱盖可分离地扣合在所述箱体的开口端，所述箱体固定在所述拉伸装置的固定端，所述箱体内腔的底部设置有一凸台，所述凸台顶部设有第一凹槽，在所述凸台的上方对齐地设有一顶座，所述顶座穿过所述箱盖并与所述拉升装置的施力端连接，在所述顶座上与所述第一凹槽的对应面上设有第二凹槽，通过所述第一凹槽和所述第二凹槽固定套接有一试样，在所述箱体内腔设置有一中空的加压胶囊，所述加压胶囊包覆在所述试样的外侧，所述加压胶囊设置有与所述箱体外界连通的液体加注管和排气管，通过该系统，即可实现对被测试的岩石样件施加均匀且大小可调节的围压力，配合两端的拉伸力，从而精确模拟工程实际中岩石受到各种力。
进一步的，所述箱体呈圆筒形状。
进一步的，所述试样与所述第一凹槽、第二凹槽之间采用粘接剂粘接固定。
进一步的，所述粘接剂为AB胶。
进一步的，还包括一碗状的过渡槽，所述过渡槽开口部与所述箱盖贴合，底部套接在所述试样的外侧并靠近所述顶座。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明操作方便、灵活，易于制造，便于拆卸，各装置构件加工精度高，可以满足室内试验的有关要求。同时，试验误差较小，测量结果准确，能够保证所得数据的真实性与可靠性。
2、本发明实现了围压条件下岩石直接拉伸试验，突破了以往只能够进行单轴条件下岩石拉伸试验(主要指直接拉伸试验)的技术瓶颈，可以更为真实地反映深埋高应力岩体受力状态，为研究深埋高应力岩体破坏机理、力学行为开辟了一条新的途径。
3、该装置通过随时调整试验过程中岩石试样所需围压值，不仅可以实现加载状态下岩石直接拉伸试验，还可以实现卸载、循环加卸载条件下岩石直接拉伸试验，为基于围压条件下岩石拉伸力学特性的研究提供强有力的试验基础与平台。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例公开的可施加围压的岩石拉伸试验系统的结构示意图；
图2是本发明优选实施例公开的可施加围压的岩石拉伸试验系统的俯视示意图；
图3是本发明优选实施例公开的可施加围压的岩石拉伸试验系统的加压胶囊的主视示意图；
图4是本发明优选实施例公开的可施加围压的岩石拉伸试验系统的加压胶囊的俯视示意图。
图例说明：
1、顶座；2、箱盖；3、箱体；4、加压胶囊；5、螺栓；6、拉伸装置；7、密封圈；8、液体加注管；9、排气管；10、试样；11、第二凹槽；12、第一凹槽；13、过渡槽；14、凸台；15、液压油。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1-图4所示，本发明实施例公开一种可施加围压的岩石拉伸试验系统，包括围压装置和拉伸装置6，拉伸装置6是在中南大学高等研究中心MTS647 Hydraulic WedgeGrip试验机上加以改装并实现的，为了尽量做到简化，本发明中的拉伸装置6即为现实中所采用的MTS647 Hydraulic Wedge Grip试验机。围压装置包括箱体3和箱盖2，在本实施例中，箱体3呈圆筒形状，箱盖2通过8个螺栓5可分离地扣合在箱体3的开口端，从而形成施加围压的容腔。箱体3固定在拉伸装置6的固定端，箱体3内腔的底部设置有一凸台14，凸台14顶部设有第一凹槽12，在凸台14的上方对齐地设有一顶座1，顶座1可活动地穿过箱盖2并与拉伸装置6的施力端连接，在顶座1上与第一凹槽12的对应面上设有第二凹槽11，通过第一凹槽12和第二凹槽11固定套接有一试样10，其中，试样10及与之匹配的第二凹槽11和第一凹槽12均为圆柱形状，试样10采用的是打磨成的高宽比为1:2的圆柱型岩石试样。在本实施例中，试样10与第一凹槽12、第二凹槽11之间采用粘接剂粘接固定，当达到最优粘结时间后，方可进行相关试验。可选的，粘结剂为AB胶。在箱体3内腔设置有一中空的加压胶囊4，该加压胶囊4由高强度橡胶制成，加压胶囊4包覆在试样10的外侧，其中，加压胶囊4设置有与箱体3外界连通的液体加注管8和排气管9。在加压胶囊4和箱盖2之间设置有密封圈7，排气管9穿过密封圈7和箱盖2与外界连通。在加压胶囊4呈中空的类圆柱套筒状，其外径尺寸与箱体3内径尺寸相匹配，加压胶囊4内径与岩石试样直径相一致，加压后，其内壁与外壁分别与试样10及箱体3的内壁紧密贴合。加压胶囊4的液体加注管8位于加压胶囊4和箱体3内腔的底部，本实施例中，注入加压胶囊4的液体为常规的液压油，其可以通过控制油路的进出方向，从而改变围压的大小。当注入液压油15后，加压胶囊4内各处油压呈均匀分布，同时，加压胶囊4上部设置有排气管9，以使加压胶囊4内部的空气排出，排气完成后，关闭排气开关用于保证加压胶囊4内部油压的稳定。
本实施例中，该系统还包括一碗状的过渡槽13，过渡槽13开口部与箱盖2贴合，底部套接在试样10的外侧并靠近顶座1的底部。
进一步的，本装置加压胶囊贴合的面的交汇处均采用光滑圆角过渡，以避免产生较高的集中应力而将加压胶囊顶破。
本装置的使用过程如下：
1、按照岩石力学实验规程加工标圆柱型岩石试样10，岩石试样两端面用脱脂药棉蘸四氯化碳清洗风干，将岩石试样上下端面打磨平整。
2、对箱体3、顶座1和箱盖2进行预处理：用磨砂纸分别打磨承对箱体3内侧，凸台14上的第一凹槽12，顶座1上的第二凹槽11以及箱盖2圆盘下侧，并用脱脂药棉蘸四氯化碳反复清洗风干。
3、在安装加压胶囊4之前，现将试样10与凸台14进行粘结，粘结材料采用强力AB胶或其他强力粘胶。将试样10一端面以及第一凹槽12内均匀涂抹胶水后，立即将试样10放入第一凹槽12内，等待胶水凝结。
4、待达到最佳粘结时间后，将加压胶囊4放入箱体3之内，试样10套于加压胶囊4内壁之中。将液体加注管8和排气管9与加压胶囊4相连，随后检验各孔是否正常工作，检查加压胶囊4完整性以及各尺寸是否满足要求。
5、随后，将箱盖2安放在箱体3之上，调试以使各螺栓口一一对应(暂时不组装螺栓5)，检查过渡槽13是否处于正确的位置(过渡槽13底部应尽可能与试样10端部贴牢，不留有缝隙)。
6、将试样10上端面以及第二凹槽11内均匀地涂抹强力AB胶，并立即将第二凹槽11嵌套于试样10的端部，等待胶水凝结。在此期间可以将8个螺栓5分别安装在箱盖2螺栓口之中，安装要牢固，可靠。
7、最后，将该装置与MTS647 Hydraulic Wedge Grip试验机相连，箱体3下端固定于试验机之上，最终形成一种可施加围压的岩石直接拉伸试验装置。
8、连接液压源，将液体加注管8打开，缓慢注入油压，将加压胶囊4内的空气排出后，关闭排气通道，注意注油压力表读数及时关闭注油通道。
9、打开注油通道，缓慢启动围压油泵，逐渐增大围压，待围压施加至预定数值时，关闭注油通道，并保持围压值不变。之后，采用MTS647 Hydraulic Wedge Grip试验机将试样拉断，并收集相关数据。
10、重复上述步骤，进行不同围压条件下岩石直接拉伸破坏试验。
11、关闭油压泵和试验机，取出破坏试样，分析试验结果，试验结束。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可施加围压的岩石拉伸试验系统，其特征在于，包括围压装置和拉伸装置，所述围压装置包括箱体和箱盖，所述箱盖可分离地扣合在所述箱体的开口端，所述箱体固定在所述拉伸装置的固定端，所述箱体内腔的底部设置有一凸台，所述凸台顶部设有第一凹槽，在所述凸台的上方对齐地设有一顶座，所述顶座穿过所述箱盖并与所述拉升装置的施力端连接，在所述顶座上与所述第一凹槽的对应面上设有第二凹槽，通过所述第一凹槽和所述第二凹槽固定套接有一试样，在所述箱体内腔设置有一中空的加压胶囊，所述加压胶囊包覆在所述试样的外侧，所述加压胶囊设置有与所述箱体外界连通的液体加注管和排气管。
2.根据权利要求1所述的可施加围压的岩石拉伸试验系统，其特征在于，所述箱体呈圆筒形状。
3.根据权利要求1所述的可施加围压的岩石拉伸试验系统，其特征在于，所述试样与所述第一凹槽、第二凹槽之间采用粘接剂粘接固定。
4.根据权利要求3所述的可施加围压的岩石拉伸试验系统，其特征在于，所述粘接剂为AB胶。
5.根据权利要求1-4任一项所述的可施加围压的岩石拉伸试验系统，其特征在于，还包括一碗状的过渡槽，所述过渡槽开口部与所述箱盖贴合，底部套接在所述试样的外侧并靠近所述顶座。
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