CN111781064A - 一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置及其使用方法,包括试样、压头和底座;试样包括两端的粗柱体和中间的细柱体,粗柱体和细柱体之间设有过渡区,两端的粗柱体远离细柱体的一端中心位置分别开设有凹槽;压头包括第一柱体,第一柱体一端中心位置设有与凹槽相适配的第一凸块;底座包括圆盘基座,圆盘基座中心位置设有第二柱体,第二柱体远离圆盘基座一端中心位置设有与凹槽相适配的第二凸块;第一凸块和第二凸块分别插入两端的粗柱体上的凹槽内;本发明可有效消除岩石和混凝土单轴压缩试验中端部摩擦效应的影响,试验结果可靠。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域,具体是一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置及其使用方法。
背景技术
在岩石以及混凝土材料室内试验中,单轴压缩试验是极其重要的实验类型,而各类单轴压缩试验当中都广泛存在端部效应。已有众多研究发现,在不同试验条件下端部效应会对试验结果产生不同的影响。在单轴压缩条件下,端部效应不仅会使得试验结果产生较大偏差,还会改变试样的破坏机制与破坏形式,得到的结果与理论存在很大差别,测得的抗压强度与真实值存在很大偏差,给相关研究带来误导与困扰。
根据相关规范和建议,目前单轴压缩试验多选用直径约50mm、高度约100mm的圆柱体型试样。由于金属压头和岩石或混凝土材料试样在弹性模量和材料粗糙度等方面存在较大差异,受压时两种材料之间的变形不协调在接触面上引起不均匀分布的剪应力,再加上试样两端外侧通过喉箍分别与压头和底座固定,导致试样端部应力场与理想情况产生很大偏差。通过数值模拟与试验发现,在端部作用影响下试样两端的应力场呈“漏斗状”,应力不均匀分布和传递会影响试样整体强度和变形参数,造成所测数据的不可靠。众多现有的技术与方法只能在一定程度上削减端部效应的影响,但效果都不是非常理想。此外,在单轴压缩试验当中,传统方法很难保证试样与压头、底座的中心线重合,造成轴向偏心受压,也会给试验带来一定误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置及其使用方法,以解决现有技术中的单轴压缩试验装置与使用方法只能在一定程度上削减端部效应的影响,但效果都不是非常理想的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一方面,本发明提供了一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置,包括试样、压头和底座;试样包括两端的粗柱体和中间的细柱体,两端的粗柱体和中间的细柱体之间分别设有过渡区,粗柱体、过渡区和细柱体为一体件,两端的粗圆柱远离细圆柱的一端中心位置分别开设有凹槽;压头包括第一柱体,第一柱体一端中心位置设有与凹槽相适配的第一凸块,第一柱体与第一凸块为一体件;底座包括圆盘基座,圆盘基座中心位置设有第二柱体,第二柱体远离圆盘基座一端中心位置设有与凹槽相适配的第二凸块,圆盘基座、第二柱体和第二凸块为一体件;第一凸块和第二凸块分别插入两端的粗柱体上的凹槽内。
进一步的,第一柱体的侧面设有两翼,两翼呈镜像对称,两翼与第一柱体为一体件,两翼上分别对应开设有用于放置LVDT位移传感器的安装孔。
进一步的,圆盘基座上第二柱体的周围设有传感器接口。
进一步的,凹槽为圆柱体型凹槽,第一凸块和第二凸块均为圆柱体型;凹槽的深度小于粗柱体的长度;第一柱体的横截面形状和第二柱体的横截面形状均与粗柱体的横截面形状相同。
进一步的,第一凸块和第二凸块上分别套设有垫片,且垫片分别设置于两端的粗柱体与第一柱体和第二柱体之间。
进一步的,第一柱体靠近垫片一端外围、垫片外围和粗柱体靠近垫片一端外围套设有橡皮套;第二柱体一端外围、垫片外围和粗柱体靠近垫片一端外围套设有橡皮套;橡皮套外围套设有喉箍。
进一步的,粗柱体、细柱体、第一柱体和第二柱体的形状均为圆柱体型或直棱柱体型。
另一方面,本发明提供了一种上述用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置的使用方法,包括:将压头的第一凸块插入试样其中一端的凹槽内;将底座的第二凸块插入试样其中另一端的凹槽内。
进一步的,该用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置的使用方法还包括将压头的第一凸块插入试样其中一端的凹槽内之前,于试样两端的凹槽内涂覆润滑剂,将垫片套设于第一凸块上;
还包括将压头的第一凸块插入试样其中一端的凹槽内之后,将橡皮套套设于第一柱体靠近垫片一端、垫片和试样其中一个粗柱体靠近垫片一端的外围,再将喉箍套设于橡皮套的外围;
还包括将底座的第二凸块插入试样其中另一端的凹槽内之前,将垫片套设于第二凸块上,将橡皮套和喉箍预先套设于试样的细柱体上;
还包括将底座的第四圆柱插入试样其中另一端的凹槽内之后,将预先套设于试样的细柱体上的橡皮套套设于第二柱体靠近垫片一端、垫片和试样其中另一个粗柱体靠近垫片一端的外围,再将喉箍套设于橡皮套的外围。
进一步的,该用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置的使用方法还包括:于压头上的安装孔内安装LVDT位移传感器,于试样的细柱体上粘贴应变片。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明提供了一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置,包括试样、压头和底座,从力学的角度可以将试样分成四个部分:凹槽底部的粗柱体部分为受压区,凹槽两侧的粗柱体部分为约束区,细柱体部分为测试区,粗柱体和细柱体之间的部分为过渡区;压头上的第一凸块和底座上的第二凸块分别插入两端的粗柱体上的凹槽内,压头的下端和底座的上端均与试样的受压区接触,在施加轴向压力时,凹槽两侧的约束区可使试样、压头和底座的中心轴线进行精确重合,压力作用由受压区向过渡区传递,最终在测试区形成均匀的压应力场,试验数据采集均在测试区进行,据此消除了端部效应产生的影响,保证了试验结果的可靠性;
本发明可以可靠、便捷地完成(类)岩石材料单轴压缩试验,获取测试材料抗压强度,避免了端部摩擦效应带来的误差影响,同时试样的凹槽设计可以有效保持试样、压头和底座中心线的重合,避免偏心受压的影响;
本发明可有效消除岩石和混凝土单轴压缩试验中端部摩擦效应的影响,使得试验结果的可靠性得到极大程度的提高;本发明提供的用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置结构简单,使用方便,在土木工程技术领域有着广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置的结构示意图;
图2是本发明实施例提供的一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置的爆炸图;
图3是本发明实施例提供的一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置中试样一种情况时的结构示意图;
图4是本发明实施例提供的一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置中试样另一种情况时的结构示意图;
图5是本发明实施例提供的一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置中压头的结构示意图;
图6是本发明实施例提供的一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置中底座的结构示意图。
图中:1-试样、11-粗柱体、12-细柱体、13-过渡区、14-凹槽、2-压头、21-第一柱体、22-第一凸块、23-翼、24-安装孔、3-底座、31-圆盘基座、32-第二柱体、33-第二凸块、34-垫片、5-橡皮套、6-传感器接口、7-受压区、8-约束区、9-测试区。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下通过改变材料类型、测试件形状和尺寸等所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1至6所示,是本发明实施例提供的一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置,包括试样1、压头2和底座3,压头2和底座3均采用经淬火处理后的高强度不锈钢制成;试样1包括两端的粗柱体11和中间的细柱体12,两端的粗柱体11和中间的细柱体12之间分别设有过渡区13,过渡区13呈弧形,粗柱体11、过渡区13和细柱体12为一体件,两端的粗柱体11远离细柱体12的一端中心位置分别开设有凹槽14,从力学的角度可以将试样1分成四个部分:凹槽14底部的粗柱体11部分为受压区7,凹槽14两侧的粗柱体11部分为约束区8,细柱体12部分为测试区9,粗柱体11和细柱体12之间的部分为过渡区13;压头2包括第一柱体21,第一柱体21一端中心位置设有与凹槽14相适配的第一凸块22,第一柱体21与第一凸块22为一体件;底座3包括圆盘基座31,圆盘基座31中心位置设有第二柱体32,第二柱体32远离圆盘基座31一端中心位置设有与凹槽14相适配的第二凸块33,圆盘基座31、第二柱体32和第二凸块33为一体件;第一凸块22和第二凸块33分别插入两端的粗柱体11上的凹槽14内,通过凹槽14使得试样1、压头2和底座3的中心轴线进行精确重合。
第一柱体21的侧面设有两翼23,两翼23呈镜像对称,两翼23与第一柱体21为一体件,两翼23上分别对应开设有用于放置LVDT(Linear Variable DifferentialTransformer,线性可变差动变压器)位移传感器的安装孔24。
圆盘基座31上第二柱体32的周围设有传感器接口34。
凹槽14为圆柱体型凹槽,第一凸块22和第二凸块33均为圆柱体型;凹槽14的深度小于粗柱体11的长度;第一柱体21的横截面形状和第二柱体32的横截面形状均与粗柱体11的横截面形状相同。
第一凸块22和第二凸块33上分别套设有垫片4,且垫片4分别设置于两头的粗柱体11与第一柱体21和第二柱体32之间。
第一柱体21靠近垫片4一端外围、垫片4外围和粗柱体11靠近垫片4一端外围套设有橡皮套5;第二柱体32一端外围、垫片4外围和粗柱体11靠近垫片4一端外围套设有橡皮套5;橡皮套5外围套设有喉箍6。
粗柱体11、细柱体12、第一柱体21和第二柱体32的形状均为圆柱体型或直棱柱体型。
本发明实施例还提供了一种上述用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置的使用方法,包括:
于试样1两端的凹槽14内涂覆润滑剂;
将垫片4套设于第一凸块22上;
将压头2的第一凸块22插入试样1其中一端的凹槽14内;
将橡皮套5套设于第一柱体21靠近垫片4一端、垫片4和试样1其中一个粗柱体11靠近垫片4一端的外围,再将喉箍6套设于橡皮套5的外围;
将垫片4套设于第二凸块33上;
将橡皮套5和喉箍6预先套设于试样1的细柱体12上;
将底座3的第二凸块33插入试样1其中另一端的凹槽14内;
将预先套设于试样1的细柱体12上的橡皮套5套设于第二柱体32靠近垫片4一端、垫片4和试样1其中另一个粗柱体11靠近垫片4一端的外围,再将喉箍6套设于橡皮套5的外围;
于压头2上的安装孔24内安装LVDT位移传感器,于试样1的细柱体12上粘贴应变片。
本发明可有效消除岩石和混凝土单轴压缩试验中端部摩擦效应造成的应力重分布的影响,使得试验结果可靠性得到极大程度的提高;本发明提供的用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置结构简单,使用方便,在土木工程技术领域有着广阔的应用前景。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置,其特征在于:包括试样(1)、压头(2)和底座(3);所述试样(1)包括两端的粗柱体(11)和中间的细柱体(12),两端的粗柱体(11)和中间的细柱体(12)之间分别设有过渡区(13),所述粗柱体(11)、过渡区(13)和细柱体(12)为一体件,两端的粗柱体(11)远离细柱体(12)的一端中心位置分别开设有凹槽(14);所述压头(2)包括第一柱体(21),所述第一柱体(21)一端中心位置设有与凹槽(14)相适配的第一凸块(22),所述第一柱体(21)与第一凸块(22)为一体件;所述底座(3)包括圆盘基座(31),所述圆盘基座(31)中心位置设有第二柱体(32),所述第二柱体(32)远离圆盘基座(31)一端中心位置设有与凹槽(14)相适配的第二凸块(33),所述圆盘基座(31)、第二柱体(32)和第二凸块(33)为一体件;所述第一凸块(22)和第二凸块(33)分别插入两端的粗柱体(11)上的凹槽(14)内。
2.根据权利要求1所述的一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置,其特征在于:所述第一柱体(21)的侧面设有两翼(23),两翼(23)呈镜像对称,两翼(23)与第一柱体(21)为一体件,两翼(23)上分别对应开设有用于放置LVDT位移传感器的安装孔(24)。
3.根据权利要求1所述的一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置,其特征在于:所述圆盘基座(31)上第二柱体(32)的周围设有传感器接口(34)。
4.根据权利要求1所述的一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置,其特征在于:所述凹槽(14)为圆柱体型凹槽,所述第一凸块(22)和第二凸块(33)均为圆柱体型;所述凹槽(14)的深度小于粗柱体(11)的长度;所述第一柱体(21)的横截面形状和第二柱体(32)的横截面形状均与粗柱体(11)的横截面形状相同。
5.根据权利要求4所述的一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置,其特征在于:所述第一凸块(22)和第二凸块(33)上分别套设有垫片(4),且垫片(4)分别设置于两端的粗柱体(11)与第一柱体(21)和第二柱体(32)之间。
6.根据权利要求5所述的一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置,其特征在于:所述第一柱体(21)靠近垫片(4)一端外围、垫片(4)外围和粗柱体(11)靠近垫片(4)一端外围套设有橡皮套(5);所述第二柱体(32)一端外围、垫片(4)外围和粗柱体(11)靠近垫片(4)一端外围套设有橡皮套(5);所述橡皮套(5)外围套设有喉箍(6)。
7.根据权利要求1所述的一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置,其特征在于:所述粗柱体(11)、细柱体(12)、第一柱体(21)和第二柱体(32)的形状均为圆柱体型或直棱柱体型。
8.一种权利要求1至7中任一项所述的用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置的使用方法,其特征在于,包括:将压头(2)的第一凸块(22)插入试样(1)其中一端的凹槽(14)内;将底座(3)的第二凸块(33)插入试样(1)其中另一端的凹槽(14)内。
9.根据权利要求8所述的一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置的使用方法,其特征在于:
还包括将压头(2)的第一凸块(22)插入试样(1)其中一端的凹槽(14)内之前,于试样(1)两端的凹槽(14)内涂覆润滑剂,将垫片(4)套设于第一凸块(22)上;
还包括将压头(2)的第一凸块(22)插入试样(1)其中一端的凹槽(14)内之后,将橡皮套(5)套设于第一柱体(21)靠近垫片(4)一端、垫片(4)和试样(1)其中一个粗柱体(11)靠近垫片(4)一端的外围,再将喉箍(6)套设于橡皮套(5)的外围;
还包括将底座(3)的第二凸块(33)插入试样(1)其中另一端的凹槽(14)内之前,将垫片(4)套设于第二凸块(33)上,将橡皮套(5)和喉箍(6)预先套设于试样(1)的细柱体(12)上;
还包括将底座(3)的第二凸块(33)插入试样(1)其中另一端的凹槽(14)内之后,将预先套设于试样(1)的细柱体(12)上的橡皮套(5)套设于第二柱体(32)靠近垫片(4)一端、垫片(4)和试样(1)其中另一个粗柱体(11)靠近垫片(4)一端的外围,再将喉箍(6)套设于橡皮套(5)的外围。
10.根据权利要求8所述的一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置的使用方法,其特征在于:还包括:于压头(2)上的安装孔(24)内安装LVDT位移传感器,于试样(1)的细柱体(12)上粘贴应变片。
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CN113188906A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-07-30 | 重庆科技学院 | 岩石单轴拉伸试验装置及方法 |
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2020
- 2020-07-22 CN CN202010709263.5A patent/CN111781064A/zh active Pending
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