CN109520823A - 用于岩石拉伸试验的嵌入式锚固装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于岩石拉伸试验的嵌入式锚固装置及试验方法，它包括试件锚固构件和握裹式夹持构件，其中所述的试件锚固构件，包括对称设置的上位锚固组件和下位锚固组件，上、下位锚固组件分别嵌入试件上下两个端部对试件进行锚固；所述的握裹式夹持构件有两套，分别设置在上位锚固组件和下位锚固组件外围，通过对锚固组件的加固实现从外部对试件进行包裹夹持。本发明采用嵌入式方法锚固试件，使得试件的受拉方向与试件长度方向一致，与试件理论论受力方向更接近，在拉伸时，试验机给与的拉力通过杆状体传递给与杆状体锚固段接触的那一段试件，然后由锚固端的试件再去拉试件，使得试件受力更加均匀，所得结果更加准确。

Description

用于岩石拉伸试验的嵌入式锚固装置及试验方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量岩石拉伸刚度的直接拉伸试验技术，尤其是用于岩石拉伸试验的锚固装置

背景技术

在隧道、矿业等地下岩石工程中，由于岩体中不连续结构面易在拉应力作用下张开、扩展，使得拉伸破坏是工程开挖扰动后围岩的一种主要破坏形式。因此，岩石的抗拉强度、拉伸刚度等力学参数在围岩稳定性分析、支护设计等过程中起重要作用。通常，岩石的刚度参数(杨氏模量)由压缩试验获得，而对于大多数岩石材料，其压缩刚度(杨氏模量)远大于其拉伸刚度。岩石直接拉伸试验是获取岩石拉伸刚度的主要方式，而如何对岩石试件进行固定一直是个比较难解决的问题，在岩石试件与试验机相连接的过程中，由于固定不紧在岩石拉伸过程中易产生脱落现象，而锚固过紧则易将试块压坏。而将两端固定处改变形状的固定方法虽然提高了固定效果，但固定处易先于试件破坏，且试件的受力方向与理想受力方式有较大区别，试验所得结果与理论值也会有较大偏差。目前岩石拉伸试验时固定试件的方法有以下几种：

一是将试件端部做大，整体试件呈哑铃状，拉伸试验机直接夹持试件端部哑铃部位，这种方法虽然方便固定，但试件在哑铃颈部常会优先断裂。

二是将试件端部割出一圈凹槽，拉伸试验机直接从外面勒住凹槽部位，拉伸时，这种方法也是在凹槽处优先断裂。

上述两种方法，就如文章《Laboratory Determination of DirectTensileStrength and Deformability of Intact Rocks》中公开的技术，由于改变试件端部形状，导致在拉伸时试验机的拉力方向与试件长度方向存在偏差，导致试件受力不均匀，所得结果不准确。

三是直接用套筒状或是抓状的夹具或者再配合加胶的方式对正常试件进行夹持与固定，比如中国专利申请号201310507021.8公开的一种套筒粘接的岩石直接拉伸试验装置及试验方法。这种方法夹的过紧容易在拉伸前就将试件压坏，夹的过松容易在拉伸过程中松动脱落，另外由于加胶粘结试件，导致试件受力不均匀，对实际测得的结果也会有影响。

四是用胶水连接，要么直接在试件端部和试验机相连接的地方涂抹胶水，比如中国专利申请号201510054944.1公开的一种岩石轴向拉伸试验装置及岩石轴向拉伸试验方法，这种方法可能会出现粘连不紧或受力不均匀(比如中间有气泡或者试件某处不易粘)的现象，胶水涂过多容易溢出到试件侧表面对试验结果产生影响，过少容易粘不紧脱落。要么是直接用一团胶水将试件端部包裹进行拉伸，比如中国专利申请号201610043973.2公开的一种带自动纠偏装置的岩石拉伸试验仪，由于胶为柔性并具有较高的延展性，在拉伸过程冲可能会出现错动拉长现象，对试验结果产生较大影响。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种更为理想的岩石拉伸试验的锚固装置及试验方法。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种用于岩石拉伸试验的嵌入式锚固装置，其特征在于，它包括试件锚固构件和握裹式夹持构件，其中:

所述的试件锚固构件，包括对称设置的上位锚固组件和下位锚固组件，上、下位锚固组件分别嵌入试件上下两个端部对试件进行锚固；

所述的握裹式夹持构件有两套，分别设置在上位锚固组件和下位锚固组件外围，通过对锚固组件的加固实现从外部对试件进行包裹夹持。

进一步，所述的上位组件或下位组件结构是一个带有圆柱头的杆状体，杆状体接近圆柱头的一段为光杆，杆状体前端嵌入试件的一段部位设为带肋的粗糙状作为试件锚固端。

进一步：所述的握裹式夹持构件是由两个半弧状组件扣合固定在一起的，每个半弧状组件的一端设有两个叶片，四个叶片固定在杆状体的圆柱头内端面，从而从外围对试件进行夹持，要求半弧状组件的内径等于试件的外径，半弧状组件的高度等于杆状体长度；

进一步，半弧状组件内壁与试件接触的部位设有橡胶涂层。

利用本发明嵌入式锚固装置进行岩石拉伸试验的方法为：

第一步：加工待拉伸试件

按照常规方法加工圆柱状待拉伸试件，要求待拉伸试件的长度大于标准试件长度，在试件两端超出标准试件长度的部位钻中心孔，中心孔孔径与杆状外径相适应；

第二步：锚固待拉伸试件

将上位锚固组件和下位锚固组件的杆状体锚固端嵌入待拉伸试件上下断面的中心孔内，并灌注胶凝材料进行加固；

第三步：握裹夹持待拉伸试件

待胶凝材料凝结至预期强度后，将握裹式夹持构件的两个半弧状组件扣合包裹在试件外围并固定，两个半弧状组件的叶片固定在杆状体圆柱头的内端面；

第四步：拉伸试验

将上下位锚固组件杆状体的圆柱头夹持在拉伸试验机上下夹具上，开启试验机进行试验。

本发明的积极效果是：

1、本发明采用嵌入式方法锚固试件，使得试件的受拉方向与试件长度方向一致，与试件理论论受力方向更接近，在拉伸时，试验机给与的拉力通过杆状体传递给与杆状体锚固段接触的那一段试件，然后由锚固端的试件再去拉试件，使得试件受力更加均匀，所得结果更加准确。

2、本发明试验时，试验机的夹具直接夹在杆状体的圆柱头上，在拉伸过程中，处于杆状体锚固端的那一段试件实际上已经作为试件锚固装置的一部分，这样虽然类似于用胶直接对端部进行粘接，但这样更加牢固、受力更加均匀，也更加接近理论拉伸方式。

3、利用本发明锚固装置拉伸试验时，试验机对杆状体圆柱头施力，使得杆状体一方面对试件施力，一方面对外围的半弧状组件施力，这样试件一方面受杆状体锚固段的拉力，一方面受半弧状壳体的拉力，也就是说，在拉伸过程中试件内外皆会受力，使得试件受力更加均匀，并且试件的受力方向与试件轴线方向一致使得试件受力更加合理，更接近于真正的单轴拉伸。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明嵌入式锚固装置的主视图；

图2是本发明嵌入式锚固装置的俯视图；

图3是本发明上位试件锚固构件的主视图；

图4是本发明试件锚固构件的俯视图；

图5是本发明上握裹式夹持构件的主视图；

图6是图5的俯视图；

图7是图1中Ⅰ-Ⅰ的剖面图，其中7a和图7b分别是剖面图的仰视图和俯视图。

图中：1-上位锚固组件，2-下位锚固组件，3-上握裹式夹持构件，4-下握裹式夹持构件，5-上固定螺栓，6-下固定螺栓，7-上束紧螺栓，8-下束紧螺栓，9-试件，10-圆柱头，11-光杆，12-锚固段，13-叶片，14-半弧状组件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1-7所示，本发明的用于岩石拉伸试验的嵌入式锚固装置，包括试件锚固构件和握裹式夹持构件，其中:

所述的试件锚固构件，包括对称设置的上位锚固组件1和下位锚固组件2，上、下位锚固组件1和2分别嵌入试件9上下两个端部对试件9进行锚固；

所述的握裹式夹持构件有两套，分别为：上握裹式夹持构件3和下握裹式夹持构件4，上握裹式夹持构件3设置在上位锚固组件1外围，下握裹式夹持构件4设置在下位锚固组件2外围，通过对上握裹式夹持构件3和下握裹式夹持构件4的加固实现从外部对试件9进行包裹夹持；

具体地，所述的上位锚固组件1和下位锚固组件2结构相同，从图3-4看出，上下位锚固组件是一个端部带有圆柱头10的杆状体，杆状体接近圆柱头的一段为光杆11，杆状体前端嵌入试件9的一段部位设为带肋的粗糙状作为试件锚固段12。本发明在试件锚固段12设计带肋的目的是为了增加锚固效果。

具体地，所述的上下握裹式夹持构件3和4对称设置结构相同，从图5-7看出，本发明实施例中的握裹式夹持构件包括左右两个半弧状组件14，在左右两个半弧状组件14上均设有外沿，左右两个半弧状组件14的外沿用螺栓固定在一起，从而使左右两个半弧状组件14扣合成一个整体，从图1看出，其中上握裹式夹持构件3的两个半弧状组件通过上紧固螺栓7固定在一起，下握裹式夹持构件4的两个半弧状组件通过下紧固螺栓8固定在一起。在上握裹式夹持构件3半弧状组件14的顶端或下握裹式夹持构件4半弧状组件14的底端均设有两个朝向圆心的叶片13，上握裹式夹持构件3的四个叶片13通过上固定螺栓5固定在杆状体的圆柱头10下端面，下握裹式夹持构件4的四个叶片13通过下固定螺栓6固定在杆状体的圆柱头10上端面，从而使上下握裹式夹持构件3和4从外围对试件9进行夹持，从图中还可以看出，半弧状组件14的内径等于试件9的外径，半弧状组件14的高度等于杆状体长度；

为了增加摩擦力和保护试件的作用，在半弧状组件14内壁与试件9接触的部位设有橡胶涂层。

利用本发明嵌入式锚固装置进行岩石拉伸试验的方法为：

第一步：加工待拉伸试件

按照常规方法加工圆柱状待拉伸试件，要求待拉伸试件9的长度大于标准试件长度即200mm，在试件两端分别钻50mm长度的中心孔，中心孔孔径与杆状外径相适应，这样试件9的中间100mm为试件的拉伸部分(即试验区段)，两端带有中心孔的50mm段作为锚固部分。

第二步：锚固待拉伸试件

将上位锚固组件1和下位锚固组件2的杆状体锚固段12嵌入待拉伸试件7上下断面的中心孔内，调整锚区段12的中心线应与试件7中心线重合，然后在中心孔内灌注胶凝材料进行加固；

第三步：握裹夹持待拉伸试件

待胶凝材料凝结至预期强度后，将上下握裹式夹持构件3和4的两个半弧状组件14扣合包裹在试件9外围并固定，这样在握裹式夹持构件内形成了拉伸区和锚固区，拉伸区就是杆状体光杆处在的区域，锚固区就是锚固端所处的区域；

第四步：拉伸试验

将上下位锚固组件1和2杆状体的圆柱头10夹持在在拉伸试验机上下夹具上，开启试验机进行试验即可。

Claims (5)

1.一种用于岩石拉伸试验的嵌入式锚固装置，其特征在于，它包括试件锚固构件和握裹式夹持构件，其中:

所述的试件锚固构件，包括对称设置的上位锚固组件和下位锚固组件，上、下位锚固组件分别嵌入试件上下两个端部对试件进行锚固；

所述的握裹式夹持构件有两套，分别设置在上位锚固组件和下位锚固组件外围，通过对锚固组件的加固实现从外部对试件进行包裹夹持。

2.如权利要求1所述的用于岩石拉伸试验的嵌入式锚固装置，其特征在于，所述的上位组件或下位组件结构是一个带有圆柱头的杆状体，杆状体接近圆柱头的一段为光杆，杆状体前端嵌入试件的一段部位设为带肋的粗糙状作为试件锚固端。

3.如权利要求2所述的用于岩石拉伸试验的嵌入式锚固装置，其特征在于，所述的握裹式夹持构件是由两个半弧状组件扣合固定在一起的，每个半弧状组件的一端设有两个叶片，四个叶片固定在杆状体的圆柱头内端面，从而从外围对试件进行夹持，要求半弧状组件的内径等于试件的外径，半弧状组件的高度等于杆状体长度。

4.如权利要求3所述的用于岩石拉伸试验的嵌入式锚固装置，其特征在于，半弧状组件内壁与试件接触的部位设有橡胶涂层。

5.一种利用权利要求1-4任一所述的嵌入式锚固装置进行岩石拉伸试验的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

第一步：加工待拉伸试件

按照常规方法加工圆柱状待拉伸试件，要求待拉伸试件的长度大于标准试件长度，在试件两端超出标准试件长度的部位钻中心孔，中心孔孔径与杆状外径相适应；

第二步：锚固待拉伸试件

将上位锚固组件和下位锚固组件的杆状体锚固端嵌入待拉伸试件上下断面的中心孔内，并灌注胶凝材料进行加固；

第三步：握裹夹持待拉伸试件

待胶凝材料凝结至预期强度后，将握裹式夹持构件的两个半弧状组件扣合包裹在试件外围并固定，两个半弧状组件的叶片固定在杆状体圆柱头的内端面；

第四步：拉伸试验

将上下位锚固组件杆状体的圆柱头夹持在拉伸试验机上下夹具上，开启试验机进行试验即可。