一种岩石双轴拉伸实验装置及其应用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种岩石双轴拉伸实验装置及其应用方法，装置包括底座、竖向的固定框架和活动框架、横向的可伸缩组件。底座横向布置，固定框架连接于底座的中心位置处，活动框架可上下运动的穿套于固定框架上。固定框架的上端连接有上拉伸垫板，活动框架的下端连接有下拉伸垫板，可伸缩组件包括横向加载板及其连接的传力件，传力件对称连接于底座上，分置于固定框架的两侧，活动框架的上端和传力件联动。试样的顶面和底面分别与两拉伸垫板粘结、一对侧面分别与横向加载板粘结，给活动框架的上端施加向下的竖向荷载，活动框架向下运动的同时带动传力件横向运动，对试样同时进行竖向和横向双轴拉伸，实验数据真实可靠。

A Biaxial Tensile Testing Device for Rocks and Its Application

The invention discloses a rock biaxial tension experimental device and its application method, which comprises a base, a vertical fixed frame and a movable frame, and a transverse retractable component. The base is arranged horizontally, and the fixed frame is connected to the central position of the base. The movable frame can move up and down through the fixed frame. The upper end of the fixed frame is connected with an upper stretching pad, and the lower end of the movable frame is connected with a lower stretching pad. The retractable component includes a transverse loading plate and the connecting force transferring parts. The force transferring parts are symmetrically connected to the base and are placed on both sides of the fixed frame. The upper end of the movable frame and the force transferring parts are linked. The top and bottom surfaces of the specimens are bonded with two tensile cushion plates, and one pair of side surfaces are bonded with transverse loading plates respectively. The upper end of the movable frame is subjected to downward vertical loads. The downward movement of the movable frame also drives the transverse movement of the force transducer. The vertical and transverse biaxial tension of the specimens are carried out simultaneously. The experimental data are true and reliable.

【技术实现步骤摘要】
一种岩石双轴拉伸实验装置及其应用方法
本专利技术涉及一种岩石力学参数测试设备，特别是涉及一种岩石双轴拉伸实验装置及其应用方法。
技术介绍
岩石作为一种非均质材料，在历经了亿万年的地质作用后，其力学性质也受到其内部矿物组合及微裂隙的影响，因此岩石材料的力学特性是评价地下工程结构稳定性的重要指标。传统的岩石力学性质测试包括单轴压缩、单轴拉伸以及剪切测试等等，通过这些实验测试手段所得到的力学参数能为一般的岩体工程设计与支护提供重要的参考。然而传统的力学性能测试参数无法反映所有的工程当中岩体的真实受力状态，如岩石薄板，在地下工程当中岩石薄板一般处于二向应力状态，薄板部分会受到明显的拉伸作用，而一般的单轴拉伸试验已经无法准确的描述岩石薄板的力学性质。目前，一般的岩石试验机均无法进行双轴拉伸试验，大型试验机也无法进一步进行岩石双轴拉伸下的细观开裂行为及机理研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测试准确可靠，能有效解决目前实验系统无法进行岩石双轴拉伸测试问题的双轴拉伸实验装置及其应用方法。本专利技术提供的这种岩石双轴拉伸实验装置，岩石试样为长方体形样体。本装置包括底座、竖向的固定框架和活动框架、横向的可伸缩组件，底座横向布置，固定框架连接于底座的中心位置处，活动框架可上下运动的穿套连接于固定框架上，固定框架的上端位于活动框架的上、下端之间，固定框架的上端连接有上拉伸垫板，活动框架的下端连接有下拉伸垫板，可伸缩组件包括横向加载板及其连接的传力件，传力件对称连接于底座上，分置于固定框架的两侧，活动框架的上端和传力件之间联动，试样的顶面和底面分别与两拉伸垫板粘结、一对侧面分别与横向加载板粘结，给活动框架的上端施加向下的竖向荷载时，活动框架向下运动的同时带动传力件横向运动，对试样同时进行竖向和横向双轴拉伸。上述技术方案的一种实施方式中，所述底座的上表面为水平面，所述固定框架包括水平顶板和连接于水平顶板下侧的支撑件，支撑件的下端连接于底座的上表面。上述技术方案的一种实施方式中，所述活动框架包括矩形顶板、矩形底板和连接柱，矩形顶板的平面尺寸大于矩形底板的平面尺寸，两者均水平布置，矩形底板的四个角部分别固定有连接柱，连接柱的上端穿过所述固定框架的水平顶板后固定于矩形顶板上。上述技术方案的一种实施方式中，所述固定框架的水平顶板上对应所述连接柱位置处安装有直线轴承，连接柱的上端从直线轴承中穿过，直线轴承给连接柱的上下运动导向。上述技术方案的一种实施方式中，所述底座的上表面对应活动框架的矩形底板位置处有矩形凹槽，矩形底板位于该矩形凹槽中。上述技术方案的一种实施方式中，所述可伸缩组件的传力件为横向拉伸杆，横向拉杆配套有滑轨，横向拉伸杆的一端连接所述横向加载板，另一端通过滑槽连接于滑轨上，滑轨关于固定框架对称连接于所述底座的上表面对应活动框架矩形顶板的长度方向中心面处。上述技术方案的一种实施方式中，所述活动框架矩形顶板的两端分别和所述横向拉伸杆之间铰接有可伸缩的联动杆，联动杆的两端均可绕铰接处转动。上述技术方案的一种实施方式中，所述活动框架的矩形底板上开设有T型槽，所述下拉伸垫板的横截面形状为工字型，下拉伸垫板的下翼板插接于T型槽中。上述技术方案的一种实施方式中，所述上拉伸垫板为矩形板，其中心位置处连接有螺杆，螺杆穿过所述固定框架的水平顶板后通过螺母锁紧。本专利技术提供的利用上述技术方案对岩石进行双轴拉伸实验的方法，包括以下步骤：(1)将横向加载板粘结于试样的一对侧壁，将试样粘结于下拉伸垫板的上表面；(2)将下拉伸垫板连接于活动框架的矩形底板上；(3)将内框架向上提升，将横向加载板与传力组件连接；(4)在试样与上拉伸垫板粘结；(5)利用岩石剪切流变仪给活动框架的上端施加向下的竖向荷载，直至试样断裂破坏；加载过程中采用前置摄像机对试样内部的裂纹扩展过程进行拍摄，并记录实时载荷、位移及对破坏面进行观察与拍照；(6)实验结束后对记录数据进行分析；(7)更换试样，重复上述步骤，给试样施加不同的竖向荷载。本专利技术的工作原理如下：试样的顶面通过上拉伸垫板及螺杆螺母与固定框架的水平顶板连接，试样的底面通过下拉伸垫板与活动框架的矩形底板连接，试样的一对侧壁分别与对称布置的可伸缩组件连接。活动框架的上端和可伸缩组件之间通过联动杆连为一体，所以当给活动框架的活动顶板施加竖向向下的荷载时，活动框架向下运动，其矩形底板通过下拉伸垫板将试样向下拉，而上拉伸垫板将试样向上拉。活动框架向下运动的同时，通过联动杆使可伸缩组件的横向拉伸杆沿滑轨往外滑动，同时给试样施加横向拉伸。也就是说，给活动框架的矩形顶板施加竖向荷载，即可同时实现对试样的竖向和横向双轴拉伸。本专利技术的竖向的活动框架和横向的可伸缩组件之间联动，只需施加竖向荷载即可同时对试样进行竖向和横向双轴拉伸，活动框架和可伸缩组件的横向拉伸杆的运动均稳定可靠，所以具有结构简单，操作方便的优势。同时通过岩石轴向加载仪施加荷载，所以本装置对试样同时进行的双轴拉伸得出的实验数据真实可靠，可为地下工程开挖与设计提供科学的实验条件。附图说明图1为本专利技术一个实施例的正视示意图。图2为图1的俯视示意图。图3为图1的侧视示意图。图4为图1中底座、固定框架及活动框架和上垫板的装配示意图。图5为图1中可伸缩组件、可伸缩联动杆及活动框架的装配示意图。具体实施方式如图1所示，本实施例公开的这种岩石双轴拉伸实验装置，岩石试样为长方体形样体。本实验装置主要包括底座1、固定框架2、活动框架3和可伸缩组件4、联动杆5、上拉升垫板6、下拉伸垫板7。结合图1、图2可以看出，本实施例的底座1为矩形座，其上表面的长度方向中间位置处有矩形凹槽11，矩形凹槽的宽度与底座1的宽度一致。结合图1、图3和图4所示，本实施例的固定框架2由水平顶板21及其下侧角部四块块支撑板组成，水平顶板的形状为矩形。结合图1、图3和图4可以看出，固定框架2的四块支撑板下端固定于底座1上，水平顶板21的长度方向中心面与矩形凹槽11的长度方向中心面共面。为了保证底座和固定框架的整体性能，可考虑将底座和固定框架采用凸字型的整体钢材切割成型。从图1、图2和图4可以看出，活动框架3包括矩形顶板31、矩形底板32和连接柱33，矩形顶板的平面尺寸大于矩形底板的平面尺寸，两者沿水平面布置。矩形底板32位于底座1上的矩形凹槽中，其尺寸略小于矩形凹槽的尺寸。矩形顶板31位于固定框架2水平顶板21的上方，四根连接柱33的下端分别固定于矩形底板32的四个角部、上端分别穿过水平顶板21后与矩形顶板31连接固定。水平顶板上对应连接柱位置处安装有直线轴承，连接柱从直线轴承22中穿过。连接柱上下运动时，直线轴承不仅摩擦力小还可起导向作用。结合图1、图2和图5可以看出，可伸缩组件4包括横向拉伸杆41、矩形加载板42和滑轨43，横向拉伸杆41的一端可拆卸垂直连接于矩形加载板42的中心位置处，另一端通过滑槽连接于滑轨43上，滑轨43关于底座1的长度方向中心面对称连接于底座1的上表面。滑轨在底座上的连接位置对应活动框架矩形顶板的长度方向中心面。本实施例的滑轨43采用有轴向平面的圆柱，且圆柱的圆弧角约为3/4圆周角。横向拉伸杆41上的滑槽尽量将滑轨43包裹，以保证横向拉伸杆41在滑动过程中部脱轨。结合图1、图3和图5可以看出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩石双轴拉伸实验装置，岩石试样为长方体形样体，其特征在于：本装置包括底座、竖向的固定框架和活动框架、横向的可伸缩组件，底座横向布置，固定框架连接于底座的中心位置处，活动框架可上下运动的穿套连接于固定框架上，固定框架的上端位于活动框架的上、下端之间，固定框架的上端连接有上拉伸垫板，活动框架的下端连接有下拉伸垫板，可伸缩组件包括横向加载板及其连接的传力件，传力件对称连接于底座上，分置于固定框架的两侧，活动框架的上端和传力件之间联动，试样的顶面和底面分别与两拉伸垫板粘结、一对侧面分别与横向加载板粘结，给活动框架的上端施加向下的竖向荷载时，活动框架向下运动的同时带动传力件横向运动，对试样同时进行竖向和横向双轴拉伸。

【技术特征摘要】
1.一种岩石双轴拉伸实验装置，岩石试样为长方体形样体，其特征在于：本装置包括底座、竖向的固定框架和活动框架、横向的可伸缩组件，底座横向布置，固定框架连接于底座的中心位置处，活动框架可上下运动的穿套连接于固定框架上，固定框架的上端位于活动框架的上、下端之间，固定框架的上端连接有上拉伸垫板，活动框架的下端连接有下拉伸垫板，可伸缩组件包括横向加载板及其连接的传力件，传力件对称连接于底座上，分置于固定框架的两侧，活动框架的上端和传力件之间联动，试样的顶面和底面分别与两拉伸垫板粘结、一对侧面分别与横向加载板粘结，给活动框架的上端施加向下的竖向荷载时，活动框架向下运动的同时带动传力件横向运动，对试样同时进行竖向和横向双轴拉伸。2.根据权利要求1所述的岩石双轴拉伸实验装置，其特征在于：所述底座的上表面为水平面，所述固定框架包括水平顶板和连接于水平顶板下侧的支撑件，支撑件的下端连接于底座的上表面。3.根据权利要求2所述的岩石双轴拉伸实验装置，其特征在于：所述活动框架包括矩形顶板、矩形底板和连接柱，矩形顶板的平面尺寸大于矩形底板的平面尺寸，两者均水平布置，矩形底板的四个角部分别固定有连接柱，连接柱的上端穿过所述固定框架的水平顶板后固定于矩形顶板上。4.根据权利要求3所述的岩石双轴拉伸实验装置，其特征在于：所述固定框架的水平顶板上对应所述连接柱位置处安装有直线轴承，连接柱的上端从直线轴承中穿过，直线轴承给连接柱的上下运动导向。5.根据权利要求3所述的岩石双轴拉伸实验装置，其特征在于：所述底座的上表面对应活动框架的矩形底板...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹日红，曹平，林奇斌，孟京京，林杭，刘涛影，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43