CN220084501U - 岩石试样ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于岩石断裂韧性测试技术领域，具体涉及一种岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，包括橡胶套、岩石试样、上压头、下压头和套筒；所述下压头的上端面开设有凹槽；所述岩石试样包括中部大圆柱，所述中部大圆柱的上下端分别设置有突出的上端小圆柱和下端小圆柱，所述上端小圆柱与中部大圆柱之间设置有第一人工缝隙，所述下端小圆柱与中部大圆柱之间设置有第二人工缝隙；所述上端小圆柱插入套筒的下部，所述上压头的下端插入套筒的上部，所述下端小圆柱嵌入下压头的凹槽；所述橡胶套分别包裹在下压头、岩石试样、套筒和上压头下部的外部。本实用新型能够实现在岩石Ⅱ型断裂韧度测试试验中施加围压。
Description
技术领域
本实用新型属于岩石断裂韧性测试技术领域，具体涉及一种岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置。
背景技术
复杂的岩体工程项目在建设时常遇到周围地质环境的影响，千米深的地下存在的高地应力、高瓦斯、低透气性的问题。
岩石断裂韧性是岩石物理力学性质之一，指岩石抵抗裂纹扩展的能力。在平面裂纹应力分析中，裂纹面分为三种基本位移模式：张开型、错动型、撕开型。张开型裂纹最适合于脆性固体中裂纹传播。岩石断裂韧性的测试是采用带切口的矩形或圆形截面试件的三点弯曲、紧凑拉伸及荷载位移曲线分析等方法。试验表明：试件厚度对断裂韧度值影响不大，不预裂时所得近似断裂韧性受切口深度影响，开始随切口深度增加而增大。然后断裂韧度近似常数，切口深度再加大，断裂韧度下降，加载速度对断裂韧度值影响不大，在进行缓慢试验时，干、湿试件和液体的化学成分会明显影响岩石断裂韧性。岩石 I 型断裂韧度的测量与研究较多，而 II 型断裂韧度的测量仍有待于深化。三点弯曲试件是测试岩石断裂韧性的常见试样，然而其测试结果离散性较大，难于分析；从理论上直裂缝巴西圆盘和人字形切槽巴西圆盘试件用来获取岩石断裂韧度，但该试件加工较为复杂。
现有的Ⅱ型断裂韧度测试方法多采用直接剪切的方法，该方法比较方便的可以测得没有外部压力情况下的Ⅱ型断裂韧度，但是无法测得有围压的Ⅱ型断裂韧度。
发明内容
为了克服岩石Ⅱ型断裂韧度测试过程中无法施加围压以及试验结果测试离散性较大的问题，本实用新型提出了一种岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，实现在岩石Ⅱ型断裂韧度测试试验中施加围压，使得试验结果更准确可靠。
为实现上述目的，所采取的技术方案是：
本实用新型提供了一种岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，包括橡胶套、岩石试样、上压头、下压头和套筒；所述下压头的上端面开设有凹槽；所述岩石试样包括中部大圆柱，所述中部大圆柱的上下端分别设置有突出的上端小圆柱和下端小圆柱，所述上端小圆柱与中部大圆柱之间设置有第一人工缝隙，所述下端小圆柱与中部大圆柱之间设置有第二人工缝隙；所述上端小圆柱插入套筒的下部，所述上压头的下端插入套筒的上部，所述下端小圆柱嵌入下压头的凹槽；所述橡胶套分别包裹在下压头、岩石试样、套筒和下压头下部的外部，且上下两端通过箍环固定在上压头和下压头上。
根据本实用新型的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，优选地，所述岩石试样的中部大圆柱、上端小圆柱和下端小圆柱的中心轴线重合。
根据本实用新型的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，优选地，所述上端小圆柱的直径为25mm，高度为10mm；所述下端小圆柱的直径为25mm，高度为5mm；所述第一人工缝隙的宽度为1mm，深度为5mm；所述第二人工缝隙的宽度为1mm，深度为15mm。
根据本实用新型的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，优选地，所述上压头、下压头与岩石试样的中心轴线重合。
根据本实用新型的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，优选地，所述上压头包括上压头本体、下端突出部和翼缘，所述下端突出部设置在上压头本体的底部，且插入套筒的上部；所述翼缘设置在上压头本体的中部。
根据本实用新型的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，优选地，所述上压头本体的下表面与套筒的上表面之间设置有橡胶环；所述橡胶环的外径与岩石试样的中部大圆柱的直径相等，内径与上压头的下端突出部的直径相等。
根据本实用新型的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，优选地，所述橡胶套包裹上压头本体的下部以及包裹下压头且超出下压头5mm。
根据本实用新型的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，优选地，所述上压头的下端突出部的下端面与岩石试样的上端小圆柱的上端面相接触；所述翼缘的两侧竖向开设有贯通的轴向应变计安装口，所述翼缘的两侧面横向开设有与轴向应变计安装口连通的螺丝固定孔。
根据本实用新型的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，优选地，所述橡胶套的内径、套筒的外径、上压头本体的直径以及下压头的直径均与岩石试样的中部大圆柱的直径相等。
根据本实用新型的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，优选地，所以下压头上端面的凹槽直径比岩石试样的下端小圆柱直径大，所述套筒的内径比岩石试样的上端小圆柱直径大。
采用上述技术方案，所取得的有益效果是：
由于在多数地下深处的岩石具有较高的围压，在进行岩石Ⅱ型断裂韧度测试试验时，若不考虑此围压的影响，得到的试验结果是不准确的。本实用新型针对实际的工程要求设计了一种岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，可以对岩石试样施加围压，以提高试验结果准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下文中将对本实用新型实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本实用新型的一些实施例，而非将本实用新型的全部实施例限制于此。
图1是本实用新型实施例的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例的上压头的正视图；
图3是本实用新型实施例的上压头的俯视图；
图4是本实用新型实施例的上压头的左视图；
图5是本实用新型实施例的套筒的正视图；
图6是本实用新型实施例的套筒的俯视图；
图7是本实用新型实施例的套筒的左视图；
图8是本实用新型实施例的下压头的正视图；
图9是本实用新型实施例的下压头的俯视图；
图10是本实用新型实施例的下压头的左视图；
图11是本实用新型实施例的岩石试样的正视图；
图12是本实用新型实施例的岩石试样的俯视图
图13是本实用新型实施例的岩石试样的左视图。
图中序号所代表的含义为：
1.橡胶套，2.岩石试样，201.中部大圆柱，202.上端小圆柱，203.下端小圆柱，204.第一人工缝隙，205.第二人工缝隙，3.上压头，301.上压头本体，302.下端突出部，303.翼缘，304.轴向应变计安装口，305.螺丝固定孔，4.下压头，5.套筒，6.凹槽，7.橡胶环，8.箍环。
具体实施方式
下文中将结合本实用新型具体实施例的附图，对本实用新型实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。除非另作定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
如图1所示，本实施例的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置包括橡胶套1、岩石试样2、上压头3、下压头4和套筒5。如图8至图10所示，下压头4的上端面开设有凹槽6；岩石试样2的各个横截面均为圆形，两端各有一个突出的小圆柱，如图11至图13所示，本实例的岩石试样2包括中部大圆柱201，中部大圆柱201的上下端分别设置有上端小圆柱202和下端小圆柱203，中部大圆柱201、上端小圆柱202和下端小圆柱203的中心轴线重合，上压头3、下压头4与岩石试样2的中心轴线也精确重合；上端小圆柱202与中部大圆柱201之间设置有第一人工缝隙204，下端小圆柱203与中部大圆柱201之间设置有第二人工缝隙205。从力学角度分析岩石试样2的上端小圆柱202以及中部大圆柱201的下部为受压区，而上端小圆柱202、下端小圆柱203与中部大圆柱201相连的部位受到剪应力的作用。上端小圆柱202插入套筒5的下部，上压头3的下端插入套筒5的上部，套筒5的结构如图5至图7所示，下端小圆柱203嵌入下压头4的凹槽6，橡胶套1分别包裹在下压头4、岩石试样2、套筒5和下压头4下部的外部，且上下两端通过箍环8固定在上压头3和下压头4上，箍环8选用小宽度规格。
考虑到岩石试样2端部效应的影响，上端小圆柱202的直径为25mm，高度为10mm；下端小圆柱203的直径为25mm，高度为5mm。第一人工缝隙204的宽度为1mm，深度为5mm；第二人工缝隙205的宽度为1mm，深度为15mm。
如图2至图4所示，上压头3包括上压头本体301、下端突出部302和翼缘303，上压头本体301的直径与试验仪器加压装置直径相等；下端突出部302设置在上压头本体301的底部，且插入套筒5的上部，下端面与岩石试样2的上端小圆柱202的上端面相接触；翼缘303设置在上压头本体301的中部，翼缘303的左右两侧竖向开设有贯通的轴向应变计安装口304，用于放置LVDT位移传感器，翼缘303的左右两侧面横向开设有与轴向应变计安装口304连通的螺丝固定孔305，用于穿入固定螺丝固定LVDT位移传感器。
作为优选的，上压头本体301的下表面与套筒5的上表面之间设置有橡胶环7，橡胶环7采用硬橡胶材料制成，厚度约为3mm；橡胶环7的外径与岩石试样2的中部大圆柱201的直径相等，内径与上压头3的下端突出部302的直径相等。
橡胶套1包裹住上压头本体301的下部部分，以及完全包裹下压头4且超出下压头4约5mm。
橡胶套1的内径、套筒5的外径、上压头本体301的直径以及下压头4的直径均与岩石试样2的中部大圆柱201的直径相等。下压头4上端面的凹槽6直径比岩石试样2的下端小圆柱203直径大，套筒5的内径比岩石试样2的上端小圆柱202直径大。
在本实例中，上压头3、下压头4和套筒5均采用经淬火处理后的高强度不锈钢制成。
加载装置的安装过程如下：
步骤1，定制上述的岩石试样2，将岩石试样2的上端小圆柱202插入套筒5的下部，将套筒5与岩石试样2的接触面用普通电工胶带固定，防止岩石试样2安装以及试验过程中产生滑移。
步骤2，在上压头本体301的下表面处安装一个厚度约为3mm的橡胶环7，将上压头3的下端突出部302插入套筒5的上部。
步骤3，将岩石试样2的下端小圆柱203放入下压头4的凹槽6内，并用普通电工胶带固定。
步骤4，加装一个直径为50mm的橡胶套1，橡胶套1的上端至上压头3翼缘303下方的上压头本体301，橡胶套1的下端至超过下压头4的下表面约5mm。
步骤5，在上压头3翼缘303下方的橡胶套1安装一个箍环8并扭紧箍环8。
步骤6，将压头和岩石试样2整体安装到岩石三轴仪器上面，并在下压头4的下表面与仪器接口结合部加装箍环8。
步骤7，将LVDT位移传感器放置到轴向应变计安装口304内，将固定螺丝拧到螺丝固定孔305内。
步骤8，加围压并开始试验。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，“第一”、“第二”的表述用来描述本实用新型的各个元件，并不表示任何顺序、数量或者重要性的限制，而只是用来将一个部件和另一个部件区分开。
应注意到，当一个元件与另一元件存在“连接”、“耦合”或者“相连”的表述时，可以意味着其直接连接、耦合或相连，但应当理解的是，二者之间可能存在中间元件；即涵盖了直接连接和间接连接的位置关系。
应当注意到，使用“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
应注意到，“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系的术语，仅用于表示相对位置关系，其是为了便于描述本实用新型，而不是所指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作；当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应的改变。
上文已详细描述了用于实现本实用新型的较佳实施例，但应理解，这些实施例的作用仅在于举例，而不在于以任何方式限制本实用新型的范围、适用或构造。本实用新型的保护范围由所附权利要求及其等同方式限定。所属领域的普通技术人员可以在本实用新型的教导下对前述各实施例作出诸多改变，这些改变均落入本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，其特征在于，包括橡胶套、岩石试样、上压头、下压头和套筒；所述下压头的上端面开设有凹槽；所述岩石试样包括中部大圆柱，所述中部大圆柱的上下端分别设置有突出的上端小圆柱和下端小圆柱，所述上端小圆柱与中部大圆柱之间设置有第一人工缝隙，所述下端小圆柱与中部大圆柱之间设置有第二人工缝隙；所述上端小圆柱插入套筒的下部，所述上压头的下端插入套筒的上部，所述下端小圆柱嵌入下压头的凹槽；所述橡胶套分别包裹在下压头、岩石试样、套筒和上压头下部的外部，且上下两端通过箍环固定在上压头和下压头上。
2.根据权利要求1所述的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，其特征在于，所述岩石试样的中部大圆柱、上端小圆柱和下端小圆柱的中心轴线重合。
3.根据权利要求2所述的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，其特征在于，所述上端小圆柱的直径为25mm，高度为10mm；所述下端小圆柱的直径为25mm，高度为5mm；所述第一人工缝隙的宽度为1mm，深度为5mm；所述第二人工缝隙的宽度为1mm，深度为15mm。
4.根据权利要求2所述的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，其特征在于，所述上压头、下压头与岩石试样的中心轴线重合。
5.根据权利要求1所述的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，其特征在于，所述上压头包括上压头本体、下端突出部和翼缘，所述下端突出部设置在上压头本体的底部，且插入套筒的上部；所述翼缘设置在上压头本体的中部。
6.根据权利要求5所述的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，其特征在于，所述上压头本体的下表面与套筒的上表面之间设置有橡胶环；所述橡胶环的外径与岩石试样的中部大圆柱的直径相等，内径与上压头的下端突出部的直径相等。
7.根据权利要求5所述的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，其特征在于，所述橡胶套包裹上压头本体的下部以及包裹下压头且超出下压头5mm。
8.根据权利要求5所述的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，其特征在于，所述上压头的下端突出部的下端面与岩石试样的上端小圆柱的上端面相接触；所述翼缘的两侧竖向开设有贯通的轴向应变计安装口，所述翼缘的两侧面横向开设有与轴向应变计安装口连通的螺丝固定孔。
9.根据权利要求5所述的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，其特征在于，所述橡胶套的内径、套筒的外径、上压头本体的直径以及下压头的直径均与岩石试样的中部大圆柱的直径相等。
10.根据权利要求1所述的岩石试样Ⅱ型断裂韧度测试试验的加载装置，其特征在于，所以下压头上端面的凹槽直径比岩石试样的下端小圆柱直径大，所述套筒的内径比岩石试样的上端小圆柱直径大。
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