本发明专利技术公开了一种三轴渗流作用下岩石直接拉伸试验设备，包括试样和支撑架，支撑架的顶部设置有顶板，顶板的上方设置有受力板，受力板上设置有传力杆，传力杆的下端设置有拉伸底座，拉伸底座的顶部设置有下部夹持器，顶板的底部设置有上部夹持器；试样的上端面设置有渗流流出孔，上部夹持器内设置有渗流流出通道，渗流流出通道的一端与渗流流出孔相连，另一端与外部相通；试样的下端面设置有渗流流入孔，下部夹持器内设置有渗流进入通道，渗流进入通道的一端与渗流流入孔相连，另一端与外部相通。还提供了一种试验方法。本发明专利技术可以保证沿着试样承载力最低的部位发生破坏，保证测量准确性的同时降低试验成本，并且可用于渗流作用下的岩石直接拉伸试验。用下的岩石直接拉伸试验。用下的岩石直接拉伸试验。
【技术实现步骤摘要】
三轴渗流作用下岩石直接拉伸试验设备及其试验方法
[0001]本专利技术属于三轴应力下岩石拉伸试验
，尤其是一种三轴渗流作用下岩石直接拉伸试验设备及其试验方法。
技术介绍
[0002]岩石的抗压、抗拉、抗剪等3大类力学参数的测试，是所有岩石工程建设中均不可缺少的。对岩石试样进行拉伸试验是了解岩石承受拉荷载能力的重要手段，岩石的抗拉强度值作为工程建设中的基础力学参数之一，对工程设计计算十分重要。目前用于岩石的抗拉强度值测定的方法主要有间接拉伸法和直接拉伸法2种。
[0003]间接拉伸法又称为巴西劈裂法，因为操作简便，普适性性广，在所有常规材料压缩力学试验机上均可完成，该方法也是国家标准《工程岩体试验方法标准》中唯一推荐的测试方法。虽然巴西劈裂法是ISRM和《工程岩体试验方法标准》中都普遍推荐的测试方法，但具体测试方法又不尽相同，又可分为直接加载法、垫条法、弧形加载法。
[0004]《工程岩体试验方法标准》中推荐的方法是在试件和压头之间添加金属垫条，对于软岩则在试件和压头间添加软木垫，虽然是为了保证压头传递到试件端部的是线性集中荷载，但仍未解决脆性岩石端部易碎的问题，且研究表明该方法所得岩石抗拉强度偏小。
[0005]ISRM中推荐将压头和试件接触处设置为弧形，虽然该方法保证了试件端部为弧形受压区，在一定程度上降低了试件端部破碎的风险，但该方法要求压头弧度需与样品尺寸匹配，不仅普适性不高，而且会导致所得抗拉强度偏高。虽然该方法操作简单，在所有材料压缩力学试验机上均可开展，但整体而言还存在以下不足：(1)受端部加载区影响，测得的抗拉强度的准确性较低仍是不可回避的问题；(2)在劈裂过程中，难以保证劈裂面一定沿着预定加载面；(3)无法保证劈裂面一定是承载能力最小的破坏面，尤其是对于存在明显层理及缺陷的岩石。故而间接测定所测得的抗拉强度值不能完全反映真实情况。
[0006]为解决间接拉伸测试结果不能完全反映真实情况的难题，直接拉伸方法被用来测试岩石抗拉力学性能。但是，直接拉伸法因为对试验设备拉伸功能具有较高要求，导致无法利用普通压缩力学试验机进行试验而适用性较低。为测试不同条件下岩石的抗拉力学性能，申请人结合国际上最先进的MTS815岩石力学试验系统的直接拉伸功能，解决了测试中存在的部分难题，分别获得了ZL200610022224.8、US7624647B2、ZL201510068200.5、ZL201510068186.9、US9488560B2、US9488559B2等多项专利技术专利授权。然而，对于直接拉伸法岩石力学性能测试，仍存在以下不足：(1)对力学测试设备的性能要求高，在常规材料试验机开展，故而推广普适性较低；(2)利用MTS815试验机进行直接拉伸试验，在试验过程中的拆卸组装加载部件非常繁琐，需要多人协同完成，整个过程费时费力；(3)需拆卸组装的加载部件均为钢材模块，体积大、重量重，拆装过程存在导致设备损坏或人员受伤的严重安全隐患；(4)直接拉伸的安装测试过程较为繁琐，需要至少2人配合完成，仍需耗费大量人工；(5)测试中因需要使用多个加载垫块堆砌及2个长的加载链条分别与岩石2拉伸端部连接，导致易出现偏心拉伸力而影响测试结果；(6)目前均无法实现渗流作用下的岩石直接拉
伸试验。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于提供一种三轴渗流作用下岩石直接拉伸试验设备及其试验方法，可以保证沿着试样承载力最低的部位发生破坏，保证测量准确性的同时降低试验成本，并且可用于渗流作用下的岩石直接拉伸试验。
[0008]本专利技术的目的是这样实现的：三轴渗流作用下岩石直接拉伸试验设备，包括试样和支撑架，所述支撑架的顶部固定设置有顶板，所述顶板的上方设置有受力板，所述受力板上设置有多根竖直的传力杆，所述传力杆竖直贯穿顶板并与顶板滑动配合，且所述传力杆的下端设置有拉伸底座，所述拉伸底座的顶部设置有下部夹持器，所述顶板的底部设置有上部夹持器，所述上部夹持器的夹持中心与下部夹持器的夹持中心重合；所述试样的上端固定于上部夹持器，且试样的上端面设置有渗流流出孔，所述上部夹持器内设置有渗流流出通道，所述渗流流出通道的一端与渗流流出孔相连，另一端与外部相通；所述试样的下端固定于下部夹持器，试样的下端面设置有渗流流入孔，所述下部夹持器内设置有渗流进入通道，所述渗流进入通道的一端与渗流流入孔相连，另一端与外部相通。
[0009]进一步地，所述支撑架包括底座和竖直设置在底座上的多根立柱，所述顶板通过第一固定螺母固定于立柱的上部。
[0010]进一步地，所述拉伸底座通过第二固定螺母固定于传力杆的下端。
[0011]进一步地，所述拉伸底座上设置有与拉伸底座滑动配合的下部球头，所述下部夹持器固定安装于下部球头；所述顶板上设置有与顶板滑动配合的上部球头，所述上部夹持器固定安装于上部球头。
[0012]进一步地，所述下部夹持器通过下部插销安装于下部球头，所述上部夹持器通过上部插销安装于上部球头。
[0013]进一步地，所述渗流流出孔内设置有流出端封通器，所述流出端封通器与渗流流出孔的侧壁之间设置有流出端封通器密封圈；所述渗流流入孔内设置有流入端封通器，所述流入端封通器与渗流流入孔的侧壁之间设置有流入端封通器密封圈。
[0014]进一步地，所述渗流流出通道通过渗流流出端接头与外部相通；所述渗流进入通道通过渗流进入端接头与外部相通。
[0015]三轴渗流作用下岩石直接拉伸试验设备的试验方法，将试样的一端通过强力胶水粘接在下部夹持器，试样的另一端通过强力胶水粘接在上部夹持器，并将油压保护热缩膜固定在下部夹持器、试样以及上部夹持器的外壁，然后将整个岩石拉伸试验装置置于压力室内，将渗流流出通道与渗流流出管道相连，将渗流进入通道与渗流流入管道相连；通过向压力室内充油以施加三轴侧向压缩应力，通过渗流流入管道通入一定压力的渗流介质从而产生渗流，通过试验机压头对受力板施加压缩载荷，压缩载荷经传力杆传递至拉伸底座，拉伸底座则在试样上形成拉伸载荷，拉伸载荷的大小等于材料压缩力学试验机施加的压缩载荷；当试样被破坏后，关闭进入渗流流入管道的流体，将压力室内的油抽回，拆下渗流流出管道和渗流流入管道。
[0016]进一步地，试验前拆下下部夹持器和上部夹持器，试验时，将试样的一端通过强力胶水粘接在下部夹持器，试样的另一端通过强力胶水粘接在上部夹持器，然后利用上部插
销将上部夹持器连接到上部球头利用下部插销将下部夹持器连接到下部球头。
[0017]本专利技术的有益效果是：1、本专利技术只需要有常规材料试验机即可开展岩石拉伸试验，无需增设单独的拉伸试验设备，普适性广，克服了传统直接拉伸法设备成本高的缺陷。
[0018]2、本专利技术采用了压转拉的直接拉伸方法，可保证沿着试样承载力最低的部位发生破坏，克服了传统间接拉伸法准确性低的缺陷。
[0019]3、装置的结构简单，主要由钢结构组成，与同类拉伸试验设备相比，成本低廉；体积小，重量轻，便于移动；操作方便省力，一个人即可开展试验，降低了使用成本；避本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.三轴渗流作用下岩石直接拉伸试验设备，其特征在于：包括试样(12)和支撑架，所述支撑架的顶部固定设置有顶板(3)，所述顶板(3)的上方设置有受力板(5)，所述受力板(5)上设置有多根竖直的传力杆(6)，所述传力杆(6)竖直贯穿顶板(3)并与顶板(3)滑动配合，且所述传力杆(6)的下端设置有拉伸底座(7)，所述拉伸底座(7)的顶部设置有下部夹持器(11)，所述顶板(3)的底部设置有上部夹持器(13)，所述上部夹持器(13)的夹持中心与下部夹持器(11)的夹持中心重合；所述试样(12)的上端固定于上部夹持器(13)，且试样(12)的上端面设置有渗流流出孔，所述上部夹持器(13)内设置有渗流流出通道(23)，所述渗流流出通道(23)的一端与渗流流出孔相连，另一端与外部相通；所述试样(12)的下端固定于下部夹持器(11)，试样(12)的下端面设置有渗流流入孔，所述下部夹持器(11)内设置有渗流进入通道(19)，所述渗流进入通道(19)的一端与渗流流入孔相连，另一端与外部相通。2.根据权利要求1所述的三轴渗流作用下岩石直接拉伸试验设备，其特征在于：所述支撑架包括底座(1)和竖直设置在底座(1)上的多根立柱(2)，所述顶板(3)通过第一固定螺母(4)固定于立柱(2)的上部。3.根据权利要求1所述的三轴渗流作用下的岩石直接拉伸试验设备，其特征在于：所述拉伸底座(7)通过第二固定螺母(8)固定于传力杆(6)的下端。4.根据权利要求1所述的三轴渗流作用下岩石直接拉伸试验设备，其特征在于：所述拉伸底座(7)上设置有与拉伸底座(7)滑动配合的下部球头(9)，所述下部夹持器(11)固定安装于下部球头(9)；所述顶板(3)上设置有与顶板(3)滑动配合的上部球头(15)，所述上部夹持器(13)固定安装于上部球头(15)。5.根据权利要求4所述的三轴渗流作用下岩石直接拉伸试验设备，其特征在于：所述下部夹持器(11)通过下部插销(10)安装于下部球头(9)，所述上部夹持器(13)通过上部插销(14)安装于上部球头(15)。...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘建锋，张志明，黄超，高云龙，唐一帆，王璐，杨建雄，徐慧宁，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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