一种岩石直接拉伸试样快速制备装置及制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种岩石直接拉伸试样快速制备装置及制备方法，属于岩石力学试验技术领域，该装置包括基座和倒L型支架，基座和倒L型支架形成基本框架，基本框架内侧竖直设置有滑轨，滑轨上设置有与其相配合的滑块，滑块上通过第一连接件连接有旋转下拉机构，旋转下拉机构下方设置有钢套筒；基座上依次安装有水平调节平台、倾斜调节平台和电磁吸盘A，电磁吸盘A上吸附一钢套，岩石直接拉伸试样包括岩棒、套设在岩棒两端的钢管和分别位于钢管两端的塑料扣盖。本发明专利技术的装置及方法能够采用旋转下拉方式快速制备出高精度的双端钢管胶结型岩石直接拉伸试样，能有效排除胶结不均匀、胶结偏心等缺陷，具有经济便捷，结构简单，操作灵活等优点。

A rapid preparation device and method of rock direct tensile specimen

【技术实现步骤摘要】
一种岩石直接拉伸试样快速制备装置及制备方法
本专利技术涉及岩石力学试验
，尤其是一种岩石直接拉伸试样快速制备装置，以及试样的制备方法和利用该试样进行拉伸试验的方法。
技术介绍
抗拉强度是岩石的一项重要力学参数，很多岩石材料发生破坏或失稳往往是由于局部或整体承受拉应力引起的，实际工程中岩体受拉破坏也是常见的破坏类型。地下洞室和巷道的开挖会引起周围应力的重新分布，在拱顶或者边墙部位容易出现拉应力；人工边坡表面附近，由于自由面的存在，拉应力也经常存在；在煤矿开采或者巷道掘进过程中，冒顶、冲击地压以及煤与瓦斯突出等动力灾害事故时有发生，这些往往也与煤岩层受拉破坏相关。因此，准确测定工程相关岩体的抗拉强度，对工程和人员安全均有重要意义。目前测定岩石抗拉强度的主要方法有直接拉伸法、巴西劈裂法、正方形板对轴压裂法、圆盘弯曲拉伸法和水压致裂法等，常用的是直接拉伸法和巴西劈裂法。巴西劈裂试验所得结果有时不能获取分析问题所需的足够信息，甚至不能反映问题的本质，这就限制了这一研究方法的进一步发展和应用。直接拉伸试验结果更加符合岩石受拉的实际情况，但是岩石试样加工比较困难，费用较高；且在制样或试验时，人为因素影响较大，试件安放较慢，不利于进行大批量试验测试；另外试验加载过程中由于试样精度不够或加载不合理，有时会出现偏心受拉，不能保证拉力通过试样中心轴。因此，为了加快试验速度、提高试验精确度、同时保证试验过程的安全可靠性，有必要开发出一种精准快速的岩石直接拉伸试样制备装置及试验方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种岩石直接拉伸试样快速制备装置及制备方法，且该装置结构紧凑、操作简单，可以快速制备岩石直接拉伸试样，制备效率高。本专利技术采用以下技术方案：一方面，本专利技术提供一种岩石直接拉伸试样快速制备装置，包括基座和倒L型支架，所述基座和倒L型支架形成基本框架，基本框架内侧竖直设置有滑轨，所述滑轨上设置有与其相配合的滑块，所述滑块上通过第一连接件连接有旋转下拉机构，所述旋转下拉机构下方设置有钢套筒，通过该旋转下拉机构可将岩棒旋转进入灌有适量胶结剂的钢管内，钢管另一端已用塑料扣盖封堵以防止胶液流出；所述基座上依次安装有水平调节平台、倾斜调节平台和电磁吸盘A，所述电磁吸盘A上吸附一钢套，所述钢套用于放置岩石直接拉伸试样，所述岩石直接拉伸试样包括岩棒、套设在岩棒两端的钢管和分别位于钢管两端的塑料扣盖，即岩石直接拉伸试样包括1个岩棒、2个钢管和2个塑料扣盖，所述岩棒与钢管之间，以及岩棒与塑料扣盖之间均通过胶结剂粘结在一起，此处的岩棒宜采用高精度取芯钻机制成，粘结在钢管内的部分为胶结夹持端，中间自由段为试验部分。优选的，所述旋转下拉机构包括轴承座、轴承、转轴和下拉把手，所述轴承座通过第一连接件与滑块连接并能够跟随滑块沿滑轨作上下移动，所述第一连接件包括一竖向连接板和水平连接板，所述竖向连接板通过螺栓固定于滑块侧边，水平连接板上螺栓固定轴承座，水平连接板中部设置有通孔，轴承座上安装轴承，转轴穿过通孔与轴承内圈固定连接；所述转轴上方固定有旋转盘，所述转轴下方设置有第二连接件，所述第二连接件通过螺栓连接钢套筒；优选的，所述下拉把手设置于轴承座两侧，用于人工上下移动。优选的，所述钢套起到放置塑料扣盖及钢管组合体的作用，钢套不必太高，所述钢套内径与塑料扣盖外径尺寸相配合，塑料扣盖的内径与钢管外径尺寸相配合；由于预制岩石直接拉伸试样时，钢管内会预先注入适量液体胶结剂，必须采用塑料扣盖封堵住下端，其目的在于，将岩棒粘结在采用塑料扣盖封堵的钢管内，可节约经济成本，因为钢管可由标准钢管切割而成，再罩以价格低廉的塑料扣盖，其成本远低于精加工的钢套。所述塑料扣盖的厚度不宜较厚，优选为0.5-1mm，否则将大大降低电磁吸盘对钢管的吸附力。优选的，基座的材质优选为铝合金，基座上设置有多排用于固定水平调节平台的固定槽，固定槽为凹槽，其结构尺寸与水平调节平台上的螺纹孔配合，凹槽内放置方形螺母，以便利用螺栓将水平调节平台紧固在基座上，倾斜调节平台与水平调节平台采用螺栓连接，电磁吸盘A与倾斜调节平台也采用螺栓连接；优选的，所述水平调节平台为直线滚珠型XY轴滑台，优选为盘起工业(大连)有限公司生产，型号XYMD100，具有左右、前后调节功能，其技术参数为，材质为SUS440C，台面尺寸为100*100mm，行程±12.5mm，本体重量2.6kg，滑台表面采用无电解镀镍处理；所述倾斜调节平台为滚珠型倾斜平台，优选为盘起工业(大连)有限公司生产，型号TST125，所述水平调节平台与倾斜调节平台之间为螺栓连接，具有调节上下倾角的功能，其技术参数为，材质为铝合金，台面尺寸为125*125mm，移动行程±2°，本体重量1kg，滑台表面采用黑色阳极氧化处理。优选的，所述旋转盘边缘处设置有旋转盘摇杆。进一步优选的，为了旋转下拉机构便于停靠放置，可在倒L型支架的上支架底部固定设置有电磁吸盘B，即在倒L型支架底边相应位置固定一顶部电磁吸盘B，所述旋转盘上设置有旋转盘固定件，旋转盘固定件为金属材质，用于吸附在电磁吸盘B上，该电磁吸盘B同样具有开关功能，在进行调节装置及闲置时，可通过吸附旋转盘固定件，将旋转下拉机构固定在上端。进一步优选的，所述钢套筒的内径大于岩棒的外径，岩棒一端首次与钢管粘结时，需将岩棒另一端插入钢套筒内固定，由钢套筒携带岩棒旋转进入钢管内均匀胶结，所述钢套筒内设置有具有较大摩擦力的软垫，软垫与岩棒之间的静摩擦系数优选≥0.6，保证岩棒与钢套筒紧密耦合，即保证岩棒不会脱出并能承受一定数值的扭矩，扭力在20-30N左右为宜，此时既能保证钢套筒带动岩棒旋转，又有利于岩棒从钢套筒内拔出；所述软垫优选为橡胶垫。岩棒一端与钢管粘结后，为单端粘结试样，关闭电磁吸盘A磁力，提升旋转下拉机构，将单端粘结试样从钢套筒中取下，为加快制样速度，可事先预制一批这类单端粘结试样，然后再将钢套筒取下，在原先钢套筒位置处用固定一电磁吸盘C，即用螺栓将电磁吸盘C固定在第二连接件上，再将单端粘结试样倒置过来吸附在电磁吸盘C上，调整下方的水平调节平台、倾斜调节平台，重新对中两端的钢管，最后重复旋转下拉动作，将岩棒另一端胶结在钢管内，完成制样。进一步优选的，也可以采用另一种方式，即钢套筒的内径足够大，大于塑料扣盖的外径，优选为塑料扣盖外径的1.3-1.4倍，可在钢套筒内设置环形的橡胶气囊，所述橡胶气囊连接有充气装置，通过充放气的形式改变钢套筒内径，内径小时可固定岩棒，内径大时可倒置过来的单端粘结试样(的塑料扣盖和钢管)，即此时塑料扣盖和钢管应与变径后的钢套筒耦合，确保不会脱出并能承受一定数值的扭矩。另一方面，本专利技术提供一种利用上述岩石直接拉伸试样快速制备装置制备拉伸试样的方法，包括以下步骤：(1)钻取岩芯，对岩芯进行精加工，制备成岩棒备用；(2)根据岩棒的直径，选定相匹配的钢套、塑料扣盖、钢管、钢套筒和橡胶垫；(3)将钢套放置于水平调节平台的中心位置，通过电磁吸盘A吸附固定，并将塑料扣盖、钢管依次放置在钢套上；(4)将钢套筒螺栓连接在第二连接件上；(5)将整个旋转下拉机构吸附在电磁吸盘B上，然后将岩棒一端插入钢套筒内通过橡胶垫固定；(6)人工通过下拉把手下拉旋转下拉机构，使岩棒的另一端接近钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩石直接拉伸试样快速制备装置，其特征在于，包括基座和倒L型支架，所述基座和倒L型支架形成基本框架，基本框架内侧竖直设置有滑轨，所述滑轨上设置有与其相配合的滑块，所述滑块上通过第一连接件连接有旋转下拉机构，所述旋转下拉机构下方设置有钢套筒；所述基座上依次安装有水平调节平台、倾斜调节平台和电磁吸盘A，所述电磁吸盘A上吸附一钢套，所述钢套用于放置岩石直接拉伸试样，所述岩石直接拉伸试样包括岩棒、套设在岩棒两端的钢管和分别位于钢管两端的塑料扣盖，所述岩棒与钢管之间，以及岩棒与塑料扣盖之间均通过胶结剂粘结在一起。

【技术特征摘要】
1.一种岩石直接拉伸试样快速制备装置，其特征在于，包括基座和倒L型支架，所述基座和倒L型支架形成基本框架，基本框架内侧竖直设置有滑轨，所述滑轨上设置有与其相配合的滑块，所述滑块上通过第一连接件连接有旋转下拉机构，所述旋转下拉机构下方设置有钢套筒；所述基座上依次安装有水平调节平台、倾斜调节平台和电磁吸盘A，所述电磁吸盘A上吸附一钢套，所述钢套用于放置岩石直接拉伸试样，所述岩石直接拉伸试样包括岩棒、套设在岩棒两端的钢管和分别位于钢管两端的塑料扣盖，所述岩棒与钢管之间，以及岩棒与塑料扣盖之间均通过胶结剂粘结在一起。2.根据权利要求1所述的岩石直接拉伸试样快速制备装置，其特征在于，所述旋转下拉机构包括轴承座、轴承、转轴和下拉把手，所述轴承座通过第一连接件与滑块连接并能够跟随滑块沿滑轨作上下移动，所述第一连接件包括一竖向连接板和水平连接板，所述竖向连接板固定于滑块侧边，水平连接板上固定连接轴承座，水平连接板中部设置有通孔，轴承座上安装轴承，转轴穿过通孔与轴承内圈固定连接；所述转轴上方固定有旋转盘，所述转轴下方设置有第二连接件，所述第二连接件通过螺栓连接钢套筒；所述下拉把手设置于轴承座两侧，方便上下移动。3.根据权利要求1所述的岩石直接拉伸试样快速制备装置，其特征在于，所述钢套内径与塑料扣盖外径尺寸相配合，塑料扣盖的内径与钢管外径尺寸相配合；所述塑料扣盖的厚度为0.5-1mm。4.根据权利要求1所述的岩石直接拉伸试样快速制备装置，其特征在于，所述基座上设置有多排用于固定水平调节平台的固定槽；优选的，所述水平调节平台为直线滚珠型XY轴滑台，所述倾斜调节平台为滚珠型倾斜平台，所述水平调节平台与倾斜调节平台之间为螺栓连接。5.根据权利要求2所述的岩石直接拉伸试样快速制备装置，其特征在于，所述旋转盘边缘处设置有旋转盘摇杆。6.根据权利要求5所述的岩石直接拉伸试样快速制备装置，其特征在于，所述倒L型支架的上支架底部固定设置有电磁吸盘B，所述旋转盘上设置有旋转盘固定件，旋转盘固定件为金属材质，用于吸附在电磁吸盘B上。7.根据权利要求6所述的岩石直接拉伸试样快速制备装置，其特征在于，所述钢套筒的内径大于岩棒的外径，所述钢套筒内设置有软垫，软垫与岩棒之间的静摩擦系数≥0.6；所述软垫优选为橡胶垫。8.根据权利要求6所述的岩石直接拉伸试样快速制备装置，其特征在于，所述钢套筒的内径大于塑料扣盖外径，优选为塑料扣盖外径的1.3-1.4倍，所述钢套筒内设置有环形的橡胶气囊，所述橡胶气囊连接有充气装置，通过充放气改变钢套筒内径来固定岩棒，或塑料扣盖和钢管。9.一种利用权利要求7所述的岩石直接拉伸试样快速制备装置制备拉伸试样的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)钻取岩芯，对岩芯进行精加工，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢明录，赵同彬，张巍，张丰雪，李小亮，尹延春，黄彬，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37