[发明专利]一种用于岩石直接拉伸试验的免粘试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于岩石力学或材料测试领域，尤其涉及一种适用于脆性材质试件（岩石、混凝土等）直接拉伸试验的免粘贴压拉转换装置及相应的试验方法。

背景技术

岩石、混凝土是基础设施建设中常见的材料。这两类材料均具有良好的抗压性能，但脆性强，抗拉强度低，因而，准确地测定该类材料的抗拉强度对合理确定设计参数，对避免工程结构的脆性灾难性破坏具有极其重要的作用。

目前测定岩石抗拉强度的试验方法主要有两类：间接法和直接法。间接法是在一定简化假设的条件下，利用不同形状的试件，通过对试件内部受力情况的分析，间接地获取被测材料的抗拉强度，如巴西圆盘劈裂法、三点弯曲梁法等。该类方法虽然操作简便，但由于受力状态复杂、涉及的理想化假设较多，因而对试件形状、边界条件、加载形式等较敏感，测试结果通常变异性较大，测得的抗拉强度参数与直接法并不一致。传统的直接拉伸法通常直接采用试验机对试件施加拉力，通过试件断裂时的荷载计算得到材料的抗拉强度。该类方法存在两个方面的难点：一是要求测试截面上产生均匀的应力，因此对试件轴线和试验机施加的拉力方向要求完全一致，这一点很难做到且难以量化评估；二是脆性材料难以夹持，极易在两端夹具与试件相互作用处产生应力集中，导致试验失败。

为了解决直接拉伸试验中存在的难点，提高其简便性、可重复性和准确性，相关领域的研究人员提出了多种方法。如山东大学张强勇等（专利号：201310289705.5，201310507021.8）研制了套筒粘接的岩石直接拉伸试验装置，包括粘接套筒、黏接对中装置和拉伸对中装置，可基本消除岩石试件黏接过程中的偏心和拉伸过程中的偏心。同济大学夏才初等（专利号：200510111986.0）发明了一种用于岩石试样直接拉伸试验的压拉转换器，可以将压力转换为压力，从而可以利用压力机开展直接拉伸试验，大大降低了开展直接拉伸试验的难度（压力机保有量显著高于万能机），但试件仍需粘贴在试验装置上，且不便于直接观察测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种用于岩石直接拉伸试验的免粘试验装置及方法，本发明克服了现有实验方法中由于岩石脆性强，采用粘接方式进行连接试验时通常会因为粘接强度不够、粘接剂厚度不匀或端头掉皮而导致试验失败的缺陷；本发明通过采用上、下基座来固定安装脆性材质试件，不需用高强胶粘接，在试验机对装置施加压力时，内支架及通过焊接封闭的上拉头不动，外支架向下移动，带动下拉头对脆性材质试样产生直接拉伸，便于直观观察、测量，在拉伸过程中，上下拉头通过小幅度地转动来消除试件拉伸过程中的偏心。由此即可将万能试验机的压力转化成拉力，实现对岩石等脆性材质试件的直接拉伸。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于岩石直接拉伸试验的免粘试验装置，包括外支架和内支架，外支架和内支架通过内支架支柱安装孔与内支架支柱套接在一起，外支架包括平行设置的外支架上板和外支架下板，外支架上板和外支架下板之间垂直外支架上、下板安装有外支架支柱，外支架下板上设有内支架支柱安装孔，外支架下板的上表面的中心位置处设有下拉头安装孔洞；内支架包括平行设置的内支架上板和内支架下板，内支架上板和内支架下板之间垂直内支架上、下板安装有内支架支柱，内支架支柱与内支架支柱安装孔相对应，内支架上板下表面的中心位置处设有上拉头安装孔洞；

下拉头安装孔洞内安装有下拉头，上拉头安装孔洞内安装有上拉头，上拉头通过螺栓固定安装在上基座上，下拉头通过螺栓固定安装在下基座上，上基座和下基座之间安装脆性材质试件，脆性材质试件的两头与上基座和下基座接触部分设有柔性垫层。

本发明进一步限定的技术方案是：

优选地，前述上拉头和下拉头均包括一个椭球体的固定部连接一个扁圆柱体的安装部。

优选地，前述外支架上板和外支架下板之间呈中心对称分布安装三根外支架支柱。

优选地，前述内支架上板和内支架下板之间呈中心对称分布安装三根内支架支柱，三根内支架支柱与外支架下板上所设三根内支架支柱安装孔相对应。

优选地，前述上拉头的固定部安装在椭球形的上拉头安装孔洞中，下拉头的固定部安装在椭球形的下拉头安装孔洞中。上拉头和下拉头均可在孔洞内部自由转动，以消除可能存在的对心偏差，避免造成偏拉。

优选地，前述柔性垫层由柔性材料制成，前述柔性垫层由橡胶质柔性材料制成，以消除应力集中造成的不利影响。

进一步的，

本发明还提供了一种用于岩石直接拉伸试验的免粘试验方法，包括如下具体步骤：