岩石抗拉强度的测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种岩石抗拉强度的测量装置及测量方法，装置包括下位座、上位座、下位耐压块、上位耐压块、施力机构和位移传感器；施力机构包括缸套和活塞杆，缸套设置于下位耐压块内，缸套底部与下位耐压块之间区域为高压腔，活塞杆的顶端伸出缸套外与上位耐压块接触；上位座的一侧与上位压块相连，下位座与上位座之间和/或下位耐压块与上位耐压块之间设有张紧复位机构；下位座与下位耐压块通过高压接头相连，高压接头的输出口与高压腔连通，自高压接头输入驱动活塞杆运动从而实现下位耐压块和上位耐压块的外扩使待测试岩样发生张拉破坏。待测试岩样从上、下位耐压块的分离处起裂，试验的起裂位置可控，从而保证了测试的可重复性。

Measuring device and method of rock tensile strength

【技术实现步骤摘要】
岩石抗拉强度的测量装置及测量方法
本专利技术属于岩石力学特性室内试验
，特别是涉及一种岩石抗拉强度的测量装置及测量方法。
技术介绍
岩石的抗拉强度是岩石的一个重要力学性质，也是岩石结构稳定性分析的一个重要参数。岩石的抗拉强度远小于其抗压强度，当岩石受到的拉应力高于岩石的抗拉强度时，岩石发生拉伸破坏，因此准确获得岩石的抗拉强度对研究岩石破坏具有重要意义。目前测量岩石抗拉强度的方法有直接拉伸法、劈裂法以及点载荷法等。然而，这些测试方法都存在一些不足：(1)采用直接拉伸法可得出较准确的抗拉强度值，但是采用该法试件制备比较困难，试验技术复杂，试样的拉破坏断面位置难以控制，容易在试样与夹具连接处破断，影响测试精度；(2)采用劈裂法测岩石的抗拉强度值时，由于试样端部与加载块接触位置附近的压应力区难以避免，导致所测得的抗拉强度值偏大；(3)采用点载荷试验测量岩石的抗拉强度值时，测试结果离散性大，为了确保测试精度，试验一般规定每组试验必须达到一定数量，通常进行15个试件以上的试验，然后取平均值，费时费力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种测试过程简便、测试结果准确可靠的岩石抗拉强度的测量装置及测量方法。本专利技术提供的这种岩石抗拉强度的测量装置，该装置包括下位座、上位座、下位耐压块、上位耐压块、施力机构和位移传感器；施力机构包括缸套和活塞杆，缸套设置于下位耐压块内，缸套底部与下位耐压块之间区域为高压腔，活塞杆的顶端伸出缸套外与上位耐压块接触；上位座的一侧与上位压块相连，下位座与上位座之间和/或下位耐压块与上位耐压块之间设有张紧复位机构；下位座与下位耐压块通过高压接头相连，高压接头的输出口与高压腔连通，自高压接头输入驱动活塞杆运动从而实现下位耐压块和上位耐压块的外扩使待测试岩样发生张拉破坏。为了提高运动的稳定性，所述缸套为底端开口的双缸套体，所述活塞为土型活塞，两活塞缸内均设有活塞，活塞与套体的内壁之间设有密封圈；缸套固接于所述下位耐压块上、活塞缸与高压腔连通。作为优选，所述下位耐压块为半圆柱桶体，其轴向截面为L型，包括桶壁和端板，桶壁内设轴向通道和径向通道，径向通道连通轴向通道与所述缸套的内腔。在一个具体实施方式中，所述施力机构还包括缸座，缸座内对应所述轴向通道位置处设有高压通道，缸座固接于所述下位耐压块的侧壁外，高压接头伸至高压通道内。为了保证压力施加均匀，在所述下位耐压块和所述上位耐压块外分别均布有凸棱。在一个具体实施方式中，所述下位座和所述上位座均为L型座体，所述位移传感器竖直布置于下位座的水平段上用以测量下位座与上位座的相对位移。作为优选，所述张紧复位机构包括竖向张紧复位机构和横向张紧复位机构；竖向张紧复位机构安装于所述上位座和所述下位座之间，横向张紧复位机构安装于所述下位耐压块与所述上位耐压块之间。作为优选，所述竖向张紧复位机构包括对拉弹簧和一对张紧螺栓；其中一个张紧螺栓竖直安装于上位座上，另一个张紧螺栓竖直安装于下位座上，对拉弹簧连接于两张紧螺栓之间。作为优选，所述横向张紧复位机构包括对拉弹簧和一对张紧螺栓；其中一个张紧螺栓沿轴向安装于上位耐压块，另一个张紧螺栓沿轴向安装于下位耐压块，对拉弹簧连接于两张紧螺栓之间。本专利技术还提供了一种岩石抗拉强度的测量方法，该方法利用上述的测量装置为工具，按如下步骤进行：(1)、制备待测试的岩样，岩样为环形岩样，其内径大于下位耐压块与上位耐压块的外径和；(2)、调节上位耐压块和下位耐压块至复位扣合，将岩样套于下位耐压块与上位耐压块外；(3)、通过高压接头向高压腔内注入流体，驱动活塞杆运动，下位耐压块和上位耐压块外扩至与岩样的内孔孔壁紧贴；(4)、将位移传感器调零；(5)、继续通过高压接头向高压腔内注入流体，继续推动活塞杆运动，使上位耐压块和下位耐压块继续分离至待测试岩样的内孔孔壁发生张拉破坏；(6)、实时记录测试全过程中的上位耐压块和下位耐压块之间的相对位移和高压腔内压力，并绘制压力随相对位移发生变化的相关曲线；(7)、提取待测试岩样的内孔孔壁发生张拉破坏时的压力峰值载荷；(8)、根据岩石破坏理论，当切向应力σθ与岩石的抗拉强度大小相同时，岩石发生拉伸破坏，因此岩石的抗拉强度可由待测试岩样内孔孔壁岩石发生破坏时的切向应力σθ(a)直观反映，其计算公式为：式中，σθ为切向应力,Pi为施加在待测试岩样内孔孔壁上的压力，a为待测试岩样的内孔半径，b为待测试岩样的外径，r为岩样内选取点到岩样中心的径向距离，k为修正系数。本专利技术在投入使用时，首先制备待测试的环形岩样，调节好装置使上位耐压块和下位耐压块至复位扣合，将岩样套于下位耐压块与上位耐压块外；其次向高压腔内注入流体，驱动活塞杆运动，下位耐压块和上位耐压块外扩至与岩样的内孔孔壁紧贴，将位移传感器调零；然后继续推动活塞杆运动，使上位耐压块和下位耐压块继续分离至待测试岩样的内孔孔壁发生张拉破坏；并实时记录测试全过程中的上位耐压块和下位耐压块之间的相对位移和高压腔内压力，并绘制压力随相对位移发生变化的相关曲线；再提取待测试岩样的内孔孔壁发生张拉破坏时的压力峰值载荷；最后根据岩石破坏理论进行计算即可得到抗拉强度。直接将岩样套上，不需要对岩样进行贴垫条等处理，使试验过程更方便、简捷；通过位移传感器测量出上、下位耐压块之间的相对位移，用来反映岩石孔壁岩石单元的张拉位移，试验测量更加准确；通过获得岩石被撑开时的压力载荷来反映岩石受拉破坏时的峰值载荷，从而计算得到岩石的抗拉强度，测试结果直观；测量时，待测试岩样从上、下位耐压块的分离处起裂，试验的起裂位置可控，从而保证了测试的可重复性，避免了测试结果的随机性和离散性，提高测试结果的可靠性。附图说明图1为本专利技术一个优选实施例中测量装置的剖视示意图。图2为图1的侧视放大示意图。图3为图1中A处的放大示意图。图4为本优选实施例中测量装置的测量状态示意图。图5为图4的侧视放大示意图。图6为本优选实施例中待测岩样受力示意图。图示序号：1—下位座；2—上位座；3—下位耐压块，31—桶壁，32—端板，33—凸棱；4—上位耐压块；5—施力机构，51—缸座，52—缸套，53—活塞杆；6—位移传感器；7—竖向张紧复位机构，71—张紧螺栓，72—对拉弹簧；8—横向张紧复位机构；9—高压接头；01—岩样。具体实施方式如图1、图2所示，本实施例公开的这种岩石抗拉强度的测量装置，包括下位座1、上位座2、下位耐压块3、上位耐压块4、施力机构5、位移传感器6、竖向张紧复位机构7和横向张紧复位机构8。下位座1和上位座2均为L型座体。下位座1的水平段和竖直段中部均设有通孔，上位座倒扣于下位座上通过竖向张紧复位机构7拉紧，竖向张紧复位机构7包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩石抗拉强度的测量装置，其特征在于：该装置包括下位座、上位座、下位耐压块、上位耐压块、施力机构和位移传感器；/n施力机构包括缸套和活塞杆，缸套设置于下位耐压块内，缸套底部与下位耐压块之间区域为高压腔，活塞杆的顶端伸出缸套外与上位耐压块接触；/n上位座的一侧与上位压块相连，下位座与上位座之间和/或下位耐压块与上位耐压块之间设有张紧复位机构；/n下位座与下位耐压块通过高压接头相连，高压接头的输出口与高压腔连通，自高压接头输入驱动活塞杆运动从而实现下位耐压块和上位耐压块的外扩使待测试岩样发生张拉破坏。/n

【技术特征摘要】
1.一种岩石抗拉强度的测量装置，其特征在于：该装置包括下位座、上位座、下位耐压块、上位耐压块、施力机构和位移传感器；
施力机构包括缸套和活塞杆，缸套设置于下位耐压块内，缸套底部与下位耐压块之间区域为高压腔，活塞杆的顶端伸出缸套外与上位耐压块接触；
上位座的一侧与上位压块相连，下位座与上位座之间和/或下位耐压块与上位耐压块之间设有张紧复位机构；
下位座与下位耐压块通过高压接头相连，高压接头的输出口与高压腔连通，自高压接头输入驱动活塞杆运动从而实现下位耐压块和上位耐压块的外扩使待测试岩样发生张拉破坏。


2.如权利要求1所述的岩石抗拉强度的测量装置，其特征在于：所述缸套为底端开口的双缸套体，所述活塞为土型活塞，两活塞缸内均设有活塞，活塞与套体的内壁之间设有密封圈；缸套固接于所述下位耐压块上、活塞缸与高压腔连通。


3.如权利要求2所述的岩石抗拉强度的测量装置，其特征在于：所述下位耐压块为半圆柱桶体，其轴向截面为L型，包括桶壁和端板，桶壁内设轴向通道和径向通道，径向通道连通轴向通道与所述缸套的内腔。


4.如权利要求3所述的岩石抗拉强度的测量装置，其特征在于：所述施力机构还包括缸座，缸座内对应所述轴向通道位置处设有高压通道，缸座固接于所述下位耐压块的侧壁外，高压接头伸至高压通道内。


5.如权利要求1或4所述的岩石抗拉强度的测量装置，其特征在于：所述下位耐压块和所述上位耐压块外分别均布有凸棱。


6.如权利要求1所述的岩石抗拉强度的测量装置，其特征在于：所述下位座和所述上位座均为L型座体，所述位移传感器竖直布置于下位座的水平段上用以测量下位座与上位座的相对位移。


7.如权利要求1所述的岩石抗拉强度的测量装置，其特征在于：所述张紧复位机构包括竖向张紧复位机构和横向张紧复位机构；竖向张紧复位机构安装于所述上位座和所述下位座之间，横向张紧复位机构安装于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王少锋，孙立成，景岳，唐宇，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43