CN211740878U - 一种精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及室内岩石力学试验装置，更具体涉及一种精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置，属于岩土工程技术领域。该装置由上压板、下压板、垫条、挡板、量角器、夹持面板、可伸缩螺杆组成，本实用新型的精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置解决了传统巴西劈裂夹具装置中试样对中困难、层理倾角控制不精确、劈裂裂隙角度测量不方便的难题，可对试样精确施加线性荷载，方便控制层理倾角、测量层状岩石劈裂角度，保证结果的可靠性，精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置结构简单，操作安全，实用性强，可普遍用于层状岩石巴西劈裂的试样装配和试验。

Description

一种精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置

技术领域

本实用新型涉及室内岩石力学试验装置，更具体涉及一种精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置，属于岩土工程技术领域。

背景技术

隧道、巷道等工程都依赖于岩土体力学性质的研究。由于岩石的抗拉强度远小于抗压强度，所以拉伸破坏引发的岩土工程事故频繁发生。因此，岩石的抗拉强度是岩土力学性质研究中的一个重要参数。直接拉伸试验在操作中比较难完成，国际上通常采用巴西劈裂试验来测试岩石的抗拉强度。巴西劈裂试验的试样加工方便，操作简单，是目前最常用的测定岩石抗拉强度的试验方法。

巴西劈裂方法的核心是通过对平躺的圆形试样施加过圆心方向的竖直线荷载，压致拉裂，在圆心处产生水平拉应力并诱发试样破坏。因此，巴西劈裂试验有两点技术要求：(1)平躺的圆柱形试样中心与压力机施加竖直荷载方向共线，即“对中”。(2)压力机对试样施加的荷载为线荷载。目前，采用巴西劈裂方法测试岩石抗拉强度的技术手段有以下几种：(1)直接将圆形试样放在压力机的上、下加载板之间，对加载板进行竖向加载。由于加载板是立方体，试样是圆柱体，所以在装样时试样容易在加载板之间滚动，且难以保证试样中心与线荷载共面对中，不能很好地满足试验要求。(2)采用国际岩石力学学会推荐的圆弧形模具，将试样放在上、下圆弧形模具之间，试样在自重作用下滚至圆弧形模具最低点，完成对中过程。虽然圆弧形模具尽可能地防止试样承受偏心荷载，但是圆弧形模具与试样之间不是严格上的线接触，而是面接触，测定软弱岩石试样时，可能对试验造成严重误差。(3)采用改进的圆弧形模具，在上、下圆弧形模具的弧形面中心设置凸起，利用凸起与试样接触，施加线荷载。但是，由于凸起的存在，试样无法在圆弧面上自由滚动，实现圆弧形模具的对中作用失效。(4)保留凸起的结构，在过试样中心的水平方向设置对称的螺丝，通过旋转螺丝调节试样在水平方向的位置，目测试样对中时，拧紧左、右螺丝固定试样位置。但是，目测存在一定的偏差，当不严格对中时，试样破裂面不经过试样中心，无法满足巴西劈裂理论要求。

常规的巴西劈裂试样为各向同性体，即试样各个方向的力学性质一致。但是，岩土工程中的岩土体是通过日积月累的地质作用形成的，经历风化、搬运、沉积等，在工程中常表现为层状结构，存在层理、片理、节理等构造。层状岩石不是各向同性体，具有力学性质的方向性，与层面成不同角度的方向上力学性质各异。因此，有必要进行与层面成不同角度加载的巴西劈裂试验。已有少数学者开展了层状岩石的巴西劈裂试验研究，但是调整层面角度时用量角器等工具，量角器每次的放置位置都有变化，并且量角器不属于夹具结构，放置量角器时不能贴于试样上，量角器与试样存在距离，导致层面放置角度不精确。

综上所述，目前的巴西劈裂夹具在对中时仍存在人为干预，由于目测不准存在对中误差，不能准确施加过试样中心的线荷载，不能同时完美地满足巴西劈裂试验的两点技术要求。同时，借助不属于夹具结构的量角器时，存在层面放置角度不精确的问题。目前的夹具适应性弱，误差较大，可操作性差，岩石层理角度测量不准确，测量裂纹不方便，不易于观察，无保护装置等缺陷。因此，设计一种精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置，保证试验过程中的安全性和试验结果的准确性，具有重要意义和必要性。

实用新型内容

本实用新型的目的是在于提供结构简单、操作方便、实用性强、服务于岩石力学理论与试验、精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术措施：

该装置由上压板、下压板、垫条、挡板、量角器、夹持面板、可伸缩螺杆组成，上压板呈长方体状，上压板下部开有长方形凹槽，上压板上部和左右两侧均对称开有螺纹孔，垫条放置于上压板下部的长方形凹槽中并通过螺栓固定住，上压板左右两侧的螺纹孔与螺杆连接，下压板呈长方体状，下压板上部开有长方形凹槽，下压板下部和左右两侧均对称开有螺纹孔，垫条放置于下压板上部的长方形凹槽中并通过螺栓固定住，挡板共前后两个，挡板呈上端平齐的拱形状，挡板的左右两侧均对称开有螺纹孔，挡板的表面刻有量角器，量角器的量程为0°—180°，量角器的圆心为上下垫条垂直连线的中心点，夹持面板共左右两个，夹持面板呈长方体状，夹持面板的顶部对称开有U型缺口，夹持面板的面板上对称开有螺纹孔，可伸缩螺杆共两个，可伸缩螺杆为带有弹簧的螺杆，弹簧的一端与夹持面板的内壁接触，另一端与可伸缩螺杆的一端接触，可伸缩螺杆通过夹持面板的中心螺纹孔固定在夹持面板上，上压板可通过螺杆上下移动，螺杆可刚好嵌入夹持面板顶部的U型缺口中，下压板通过螺栓固定在夹持面板上，挡板通过螺栓固定在夹持面板上。

所述的两个可伸缩螺杆之间的最短距离在未放置试样时小于岩石试样的直径。

所述的垫条与岩石试样接触为线接触。

所述的上压板能刚好放入挡板和夹持面板组装后所形成的正方形洞口中。

所述的量角器的圆心与两个可伸缩螺杆轴心连线的中心、上下垫条垂直连线的中心同心。

由于采用了以上技术方案，该精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置有以下优点：

1该装置通过上压板、下压板受压，压力通过垫条传递给圆柱体试样，垫条保证了试样上、下端受力为线性荷载。

2该装置的可伸缩螺杆为带有弹簧的螺杆，当未放置试样时，两个可伸缩螺杆之间的最短距离小于岩石试样的直径，放置试样后弹簧压缩，试样在弹簧作用下移动至两个可伸缩螺杆连线的中心位置，因此，通过可伸缩螺杆，可方便将试样放入夹具内，并且能保证试样对中，极大提高试验结果的准确性和试验操作的便捷性。

3挡板前面刻有量角器，每次放置试样时不需移动量角器，在可伸缩螺杆的弹簧作用下，试样位于量角器的中心，可精确、方便地读取试样劈裂后裂隙的角度，同时，当需要控制层状岩石的层面与加载方向成角度时，转动试样后，试样在可伸缩螺杆的弹簧作用下位于量角器的中心，因此，可精确控制层面与加载方向的角度。

4上压板通过螺杆可轻易上下移动，并可刚好嵌入夹持面板上的U型缺口中，保证了上压板取出和放入的便捷性。

5该装置的左右夹持面板能够有效防止岩石劈裂过程中的碎裂岩块飞溅，保证试验过程的安全，同时前后带弧形的挡板能后清楚观察试样的状态。

6该装置中的垫条及其他装配件都能拆卸，方便磨损后的更换。

本实用新型的精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置解决了传统巴西劈裂夹具装置中试样对中困难、层理倾角控制不精确、劈裂裂隙角度测量不方便的难题，可对试样精确施加线性荷载，方便控制层理倾角、测量层状岩石劈裂角度，保证结果的可靠性，精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置结构简单，操作安全，实用性强，可普遍用于层状岩石巴西劈裂的试样装配和试验。

附图说明

图1为本实用新型的精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型的上压板、垫条、螺杆组装后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明，见附图。

一种精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置，该装置由上压板、下压板、垫条、挡板、量角器、夹持面板、可伸缩螺杆组成。

上压板1呈长方体状，上压板1下部开有长方形凹槽，上压板1上部和左右两侧均对称开有螺纹孔，垫条7放置于上压板1下部的长方形凹槽中并通过螺栓6固定住，上压板1左右两侧的螺纹孔与螺杆4连接。

下压板9呈长方体状，下压板9上部开有长方形凹槽，下压板9下部和左右两侧均对称开有螺纹孔，垫条7放置于下压板1上部的长方形凹槽中并通过螺栓6固定住。垫条7与岩石试样接触为线接触，垫条7对试样施加线荷载。

挡板2共前后两个，挡板2呈上端平齐的拱形状，挡板2的左右两侧均对称开有螺纹孔，挡板2的表面刻有量角器3。量角器3用于控制层状岩石安装时层面的角度和测量岩石破裂后裂纹的角度。量角器3的量程为0°—180°，量角器3的圆心为上下垫条7垂直连线的中心点。

夹持面板8共左右两个，夹持面板8呈长方体状，夹持面板8的顶部对称开有U型缺口，夹持面板8的面板上对称开有螺纹孔。上压板1能刚好放入挡板2和夹持面板8组装后所形成的正方形洞口中。

可伸缩螺杆5共两个，可伸缩螺杆5为带有弹簧的螺杆，弹簧的一端与夹持面板8的内壁接触，另一端与可伸缩螺杆5的一端接触，可伸缩螺杆5通过夹持面板8的中心螺纹孔固定在夹持面板8上。两个可伸缩螺杆5之间的最短距离在未放置试样时小于岩石试样的直径。通过弹簧受力，可伸缩螺杆5可自动调节岩石试样始终处于对中状态。

上压板1可通过螺杆4上下移动，螺杆4可刚好嵌入夹持面板8顶部的U型缺口中，下压板9通过螺栓6固定在夹持面板8上，挡板2通过螺栓6固定在夹持面板8上。量角器3的圆心与两个可伸缩螺杆5轴心连线的中心、上下垫条7垂直连线的中心同心。

本实用新型的工作原理为：

(1)通过提升螺杆4将上压板1取出，检查可伸缩螺杆5上弹簧的工作性能，确保两个可伸缩螺杆5上弹簧的收缩变形一致、弹簧工作状态良好，压缩可伸缩螺杆5的弹簧并放入圆柱体试样，试样在弹簧的作用下水平居中。

(2)转动岩石试样，通过量角器3精确调整岩石层面与施加竖直荷载的夹角，当层面倾角达到要求数值时，停止转动岩石试样，此过程中，由于弹簧作用，试样始终处于对中状态。

(3)提升螺杆4将上压板1放入挡板2和夹持面板8组装后所形成的正方形洞口中，此时，试样的中心位于上、下垫条7的中心连线上。

(4)把精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置放置于压力试验机工作台上，装置的中心与压力机加压杆的中心共线。

(5)启动试验机，试验机施加竖向压力于上压板1上，通过垫条7对岩石试样施加线载荷，使岩石试样内产生水平方向的拉应力，当拉应力等于岩石拉伸强度时，岩石试样破坏，关闭试验机。

(6)完成试验后，可直接通过量角器3测量出劈裂后裂隙的角度，取出上压板1和调节可伸缩螺杆5呈收缩状态，取出试样。

Claims (5)

1.一种精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置，其特征在于：该装置由上压板(1)、下压板(9)、垫条(7)、挡板(2)、量角器(3)、夹持面板(8)、可伸缩螺杆(5)组成，上压板(1)呈长方体状，上压板(1)下部开有长方形凹槽，上压板(1)上部和左右两侧均对称开有螺纹孔，垫条(7)放置于上压板(1)下部的长方形凹槽中并通过螺栓(6)固定住，上压板(1)左右两侧的螺纹孔与螺杆(4)连接，下压板(9)呈长方体状，下压板(9)上部开有长方形凹槽，下压板(9)下部和左右两侧均对称开有螺纹孔，垫条(7)放置于下压板(9)上部的长方形凹槽中并通过螺栓(6)固定住，挡板(2)共前后两个，挡板(2)呈上端平齐的拱形状，挡板(2)的左右两侧均对称开有螺纹孔，挡板(2)的表面刻有量角器(3)，量角器(3)的量程为0°—180°，量角器(3)的圆心为上、下垫条(7)垂直连线的中心点，夹持面板(8)共左右两个，夹持面板(8)呈长方体状，夹持面板(8)的顶部对称开有U型缺口，夹持面板(8)的面板上对称开有螺纹孔，可伸缩螺杆(5)共两个，可伸缩螺杆(5)为带有弹簧的螺杆，弹簧的一端与夹持面板(8)的内壁接触，另一端与可伸缩螺杆(5)的一端接触，可伸缩螺杆(5)通过夹持面板(8)的中心螺纹孔固定在夹持面板(8)上，上压板(1)可通过螺杆(4)上下移动，螺杆(4)可刚好嵌入夹持面板(8)顶部的U型缺口中，下压板(9)通过螺栓(6)固定在夹持面板(8)上，挡板(2)通过螺栓(6)固定在夹持面板(8)上。

2.根据权利要求1所述的一种精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置，其特征在于：所述的两个可伸缩螺杆(5)之间的最短距离在未放置试样时小于岩石试样的直径。

3.根据权利要求1所述的一种精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置，其特征在于：所述的垫条(7)与岩石试样接触为线接触。

4.根据权利要求1所述的一种精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置，其特征在于：所述的上压板(1)能刚好放入挡板(2)和夹持面板(8)组装后所形成的正方形洞口中。

5.根据权利要求1所述的一种精确控制层状岩石劈裂方向的岩石巴西试验夹具装置，其特征在于：所述的量角器(3)的圆心与两个可伸缩螺杆(5)轴心连线的中心、上下垫条(7)垂直连线的中心同心。

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