一种岩石抗拉强度测试装置的制作方法

1.本实用新型属于岩石性能试验装置领域，更具体地，涉及一种岩石抗拉强度测试装置。


背景技术：

2.岩石的抗拉强度是岩石的力学性质指标，在工程实践中，为了获取岩石的力学性质参数，往往需要对岩石进行抗拉强度测试。
3.目前岩石抗拉强度测试有两种方法，一种是直接拉拔试验，另外一种是劈裂抗拉强度试验。前一种试验方法可较为直接获取岩石抗拉强度，但是在试验过程中，岩石抗拉试件通常为圆柱体，试验机在夹取岩石试件时，夹具力过大，容易对岩心造成破坏，影响试验结果；夹具力过小，容易造成试件滑脱，进而影响试验结果和试验效率。后一种劈裂抗拉试验是通过间接法获取岩石抗拉强度，试验过程容易产生应力集中，使试验结果产生误差。
4.基于上述缺陷和不足，发明人针对直接拉拔试验方式，对现有的岩石抗拉强度测试装置做出进一步的改进设计，以解决现有岩石抗拉强度测试装置在试验时容易造成试件滑脱的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种岩石抗拉强度测试装置，通过对夹具的形状进行设计，以解决岩石抗拉强度测试时试件从夹具中滑脱的问题，因而尤其适用于岩石抗拉强度测试的应用场合。
6.为实现上述目的，实用新型提出了一种岩石抗拉强度测试装置，该种岩石抗拉强度测试装置包括支架和夹具；
7.所述支架包括左立架和右立架，以及连接于左立架和右立架之间的横梁；
8.所述夹具包括与所述横梁均可滑动连接的左夹具和右夹具，所述左夹具和右夹具间隔设置，左夹具和右夹具的相互靠近的一端内部分别形成左容置腔和右容置腔，所述左容置腔和右容置腔前端分别形成缩口，且所述左容置腔和右容置腔的缩口相对设置。
9.试验时，使岩石试件形成两端大且中间小的类哑铃形，岩石试件两端的凸起部分分别容置于左容置腔和右容置腔，缩口分别将岩石试件两端的凸起部分限制在左容置腔和右容置腔内，左夹具和右夹具分别沿所述横梁朝相互远离的方向滑动，以对岩石试件施加拉力，直至岩石试件被拉破坏。
10.通过以上构思，该种岩石抗拉强度测试装置通过缩口将岩石试件的凸起部分限制在左容置腔和右容置腔内，一方面，以实现在试验时阻止岩石试件从夹具中滑脱，另一方面，夹具主要对岩石试件施加轴向力，而径向夹持力较小，以避免应力集中，并避免岩石试件因径向夹持力作用而破坏，提高岩石试件抗拉强度测试结果的准确性。
11.作为进一步优选的，所述横梁包括上横梁和下横梁，所述左夹具和右夹具分别与所述上横梁和下横梁均可滑动连接，以实现左夹具和右夹具与所述横梁的可滑动连接，并
使左夹具和右夹具在滑动时更为平稳。
12.作为进一步优选的，所述左夹具包括左上夹持件和左下夹持件，所述右夹具包括右上夹持件和右下夹持件，所述左上夹持件和左下夹持件的相互靠近的面、所述右上夹持件和右下夹持件的相互靠近的面均设置有凹槽，所述左容置腔由所述左上夹持件和左下夹持件分别设有的凹槽对接形成；所述右容置腔由所述右上夹持件和右下夹持件分别设有的凹槽对接形成；所述左上夹持件和右上夹持件均与所述上横梁可滑动连接，所述左下夹持件和右下夹持件均与所述下横梁可滑动连接，以实现左夹具和右夹具分别与所述上横梁和下横梁的可滑动连接；通过将左夹具和右夹具均拆分为上下两部分，以便于将岩石试件放置入左夹具和右夹具，使岩石试件两端的凸起部分别容置于左夹具和右夹具的容置腔内。
13.作为进一步优选的，所述左上夹持件、右上夹持件、左下夹持件以及右下夹持件分别通过套设于上横梁或下横梁的滑动框实现与上横梁或下横梁的可滑动连接；所述滑动框在上横梁和下横梁上分别套设两个，上横梁的两个滑动框分别与所述左上夹持件和右上夹持件固定连接，下横梁的两个滑动框分别与所述左下夹持件和右下夹持件固定连接。
14.作为进一步优选的，所述左立架包括可升降连接的左上立架和左下立架；所述右立架包括可升降连接的右上立架和右下立架；所述上横梁连接于所述左上立架和右上立架之间，所述下横梁连接于所述左下立架和右下立架之间。
15.作为进一步优选的，所述左上立架和左下立架之间、所述右上立架和右下立架之间分别连接有竖向千斤顶，以实现可升降连接；试验时通过竖向千斤顶将左上立架和右上立架顶起，带动上横梁抬起，并进一步带动左上夹持件和右上夹持件升起以分别与左下夹持件和右下夹持件分开，便于将岩石试件放置入夹具内，并实现装置的自动化。
16.作为进一步优选的，所述竖向千斤顶在所述左上立架和左下立架之间，以及所述右上立架和右下立架之间分别连接有两个，以使所述左上立架和右上立架在抬起时更为平稳。
17.作为进一步优选的，所述左上夹持件和右上夹持件之间、所述左下夹持件和右下夹持件之间分别连接有水平千斤顶；水平千斤顶顶起使左上夹持件与右上夹持件相互远离，同时使左下夹持件与右下夹持件相互远离，实现对岩石试件的拉伸，并实现装置的自动化。
18.作为进一步优选的，所述左容置腔和右容置腔均为圆柱形，左容置腔和右容置腔前端的缩口截面均为圆形，左容置腔和右容置腔的内壁至相应的缩口处圆滑过渡，该种方案便于加工，并能够在试验时消除应力集中，提高试验的准确性。
19.总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
20.1.通过缩口将岩石试件的凸起部分限制在左容置腔和右容置腔内，试验时能够阻止岩石试件从夹具中滑脱；同时，夹具主要对岩石试件施加轴向力，而径向夹持力较小，避免了应力集中，并避免了岩石试件因径向夹持力作用而破坏，提高了岩石试件抗拉强度测试结果的准确性。
21.2.作为上述方案的一个改进，通过设置上横梁和下横梁，使左夹具和右夹具在滑动时更为平滑；通过将左夹具和右夹具分别拆分为上下两个部分，并将左立架和右立架分别设置为可升降连接的上下两个部分，以使左夹具和右夹具的上下两个部分能够分开，便
于将岩石试件放置入左夹具和右夹具。
22.3.作为上述方案的另一个改进，通过设置竖向千斤顶和水平千斤顶，实现装置的自动化。
23.4.作为上述方案的又一个改进，通过将左容置腔和右容置腔设计为圆柱形，并使左容置腔和右容置腔的内壁至相应的缩口处圆滑过渡，以使便于加工，并能够在试验时消除应力集中，提高试验的准确性。
附图说明
24.图1是本实用新型实施例的主视图；
25.图2是本实用新型实施例的岩石试件的示意图；
26.图3是图1中a部分的放大图；
27.图4是图1的a-a剖视图；
28.图5是图1的b-b剖视图；
29.图6是图1的c-c剖视图；
30.图7是图1的d-d剖视图。
31.在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
32.支架1，夹具2，岩石试件3，左立架11，右立架12，上横梁13，下横梁14，竖向千斤顶15，左夹具21，右夹具22，左容置腔23，右容置腔24，水平千斤顶25，滑动框26，左上立架111，左下立架112，右上立架121，右下立架122，左上夹持件211，左下夹持件212，右上夹持件221，右下夹持件222。
具体实施方式
33.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
34.如图1所示，本实用新型实施例提供的岩石抗拉强度测试装置包括支架1和夹具2；
35.支架1包括左立架11和右立架12，以及连接于左立架11和右立架12之间的横梁；
36.夹具2包括与横梁均可滑动连接的左夹具21和右夹具22，左夹具21和右夹具22间隔设置，左夹具21和右夹具22的相互靠近的一端内部分别形成左容置腔23和右容置腔24，左容置腔23和右容置腔24前端分别形成缩口，且左容置腔23和右容置腔24的缩口相对设置。
37.试验时，使岩石试件3形成两端大且中间小的类哑铃形，岩石试件3两端的凸起部分分别容置于左容置腔23和右容置腔24内，缩口分别将岩石试件3两端的凸起部分限制在左容置腔23和右容置腔24内，以此实现在试验时阻止岩石试件3从夹具2中滑脱；同时，左夹具21和右夹具22分别沿横梁朝相互远离的方向滑动，以对岩石试件3施加拉力，直至岩石试件3被拉破坏，夹具2主要对岩石试件3施加轴向力，而径向夹持力较小，以避免应力集中，并避免岩石试件3因径向夹持力作用而破坏，提高岩石试件3抗拉强度测试结果的准确性。
38.下面将对各个部件逐一进行更为具体的说明。
39.在本实施例中，如图2中所示，岩石试件3为哑铃状，本实施例中岩石试件3两端的凸起部分均为圆柱形，便于加工；岩石试件3表面圆滑过渡，以消除应力集中；在一些实施例中，岩石试件3两端凸起部还可以为球形、圆台形、长方体、方台形等或为不规则形状，岩石试件3两端凸起部的形状及大小可以不同。
40.在本实施例中，如图1、图4-图7中所示，左立架11包括可升降连接的左上立架111和左下立架112；右立架12包括可升降连接的右上立架121和右下立架122；在本实施例中，左上立架111、左下立架112、右上立架121及右下立架122均为单块实体结构，左上立架111和左下立架112之间、右上立架121和右下立架122之间分别连接有竖向千斤顶15，以实现可升降连接；如图4中所示，竖向千斤顶15在左上立架111和左下立架112之间连接有两个，同样的，竖向千斤顶15在右上立架121和右下立架122之间分别连接有两个，以使左上立架111和右上立架121在抬起时更为平稳；具体的，在左上立架111、左下立架112、右上立架121及右下立架122的实体结构中均分别设置两个空腔，并使左上立架111和左下立架112内的两个空腔分别相贯通，右上立架121和右下立架122的两个空腔分别相贯通，在每处贯通的空腔内置入一个竖向千斤顶15；每个竖向千斤顶15的固定端与左下立架112或右下立架122连接，活动端相应地与左上立架111或右上立架121连接；在一些实施例中，竖向千斤顶15的数量可以为一个，也可以为三个以上；在一些实施例中，左上立架111、左下立架112、右上立架121及右下立架122通过若干个竖梁和连接梁搭建形成，在这种形式下，可以使左上立架111和左下立架112的竖梁相连，右上立架121和右下立架122的竖梁相连，并分别在相连的竖梁内部设置竖向千斤顶15。
41.在本实施例中，如图1、图5-图7中所示，横梁包括上横梁13和下横梁14；上横梁13连接于左上立架111和右上立架121之间，下横梁14连接于左下立架112和右下立架122之间；在本实施例中，如图5-图7中所示，上横梁13和下横梁14均为单块实体结构，且截面为长方形；在一些实施例中，上横梁13和下横梁14截面还可以为正方形、圆形等，上横梁13和下横梁14还可以由多根平行的单梁组成。
42.在本实施例中，如图1、图5-图7中所示，左夹具21包括上下对称设置的左上夹持件211和左下夹持件212，右夹具22包括上下对称设置的右上夹持件221和右下夹持件222，左上夹持件211和左下夹持件212的相互靠近的面、右上夹持件221和右下夹持件222的相互靠近的面均设置有凹槽，左容置腔23由左上夹持件211和左下夹持件212分别设有的凹槽对接形成，右容置腔24由右上夹持件221和右下夹持件222分别设有的凹槽对接形成；在本实施例中，如图1和图3中所示，左容置腔23和右容置腔24均为圆柱形，左容置腔23和右容置腔24的形状与岩石试件3两端凸起部分的形状相匹配，能够使左容置腔23和右容置腔24与岩石试件3两端的凸起部分充分接触，进一步避免应力集中，提高岩石试件3抗拉强度测试结果准确性；如图7中所示，左容置腔23前端的缩口截面为圆形，同样的，右容置腔24前端的缩口截面也为圆形，左容置腔23和右容置腔24的内壁至相应的缩口处圆滑过渡；在一些实施例中，根据岩石试件3的形状，左上夹持件211和左下夹持件212、右上夹持件221和右下夹持件222可以分别不对称，只需满足左容置腔23和右容置腔24能够分别容置岩石试件3两端的凸起部分，且左容置腔23和右容置腔24前端的缩口分别小于岩石试件3的凸起部分即可；通过将左夹具21和右夹具22均拆分为上下两部分，以便于将岩石试件3放置入左夹具21和右夹具22，使岩石试件3两端的凸起部分分别位于左容置腔23和右容置腔24内；在一些实施例
中，将左夹具21和右夹具22均拆分为前后两部分，以便于将岩石试件3两端的凸起部分分别放置于左容置腔23和右容置腔24内；在另一些实施例中，还可以通过在左容置腔23和右容置腔24上部或侧方开口的方式，以放置岩石试件3。
43.在本实施例中，如图1中所示，左上夹持件211和右上夹持件221均与上横梁13可滑动连接，左下夹持件212和右下夹持件222均与下横梁14可滑动连接，以实现左夹具21和右夹具22分别与横梁的可滑动连接，并使左夹具21和右夹具22在滑动时更为平稳；如图6-图7中所示，左上夹持件211、右上夹持件221、左下夹持件212以及右下夹持件222分别通过套设于上横梁13或下横梁14单块实体结构的滑动框26实现与上横梁13或下横梁14的可滑动连接；滑动框26在上横梁13和下横梁14上分别套设两个；上横梁13的两个滑动框26均能够沿上横梁13滑动，并分别与左上夹持件211和右上夹持件221固定连接；下横梁14的两个滑动框26均能够沿下横梁14滑动，并分别与左下夹持件212和右下夹持件222固定连接；在一些实施例中，还可以通过在上横梁13和下横梁14上设置凹陷的滑道，在左上夹持件211、右上夹持件221、左下夹持件212以及右下夹持件222上设置滑轨以嵌入滑道的方式实现左上夹持件211、右上夹持件221、左下夹持件212以及右下夹持件222分别与上横梁13和下横梁14的可滑动连接。
44.在本实施例中，如图1、图6和图7中所示，左上夹持件211和右上夹持件221之间、左下夹持件212和右下夹持件222之间分别连接有一个水平千斤顶25，水平千斤顶25顶起使左上夹持件211与右上夹持件221相互远离，同时左下夹持件212与右下夹持件222相互远离，实现对岩石试件3的拉伸，并实现装置的自动化。
45.以上例子用于对本实用新型的岩石抗拉强度测试装置进行示例性说明，不构成对本实用新型保护范围的限制。
46.下面将对利用本实用新型的岩石抗拉强度试验装置进行岩石抗拉强度试验的方法进行具体说明，该方法包括以下步骤：
47.s1，将加工好的岩石试件3放置于夹具2中，使岩石试件3两端的凸起部分分别容置于夹具2的左容置腔23和右容置腔24，此时岩石试件3夹持在试验位置；在本实施例中，步骤s1通过以下分步骤s1a-s1c实现：
48.s1a，竖向千斤顶15顶起以抬起左上立架111和右上立架121，带动上横梁13抬起，并进一步带动左上夹持件211和右上夹持件221升起，以分别与左下夹持件212和右下夹持件222分开，直至左上夹持件211和右上夹持件221处于合适位置；
49.s1b，将加工好的岩石试件3放置于左下夹持件212和右下夹持件222，使岩石试件3两端的凸起部分别位于左下夹持件212和右下夹持件222的凹槽内；
50.s1c，竖向千斤顶15回落以降下左上支架和右上支架，带动上横梁13下移，并进一步带动左上夹持件211和右上夹持件221降下，以分别与左下夹持件212和右下夹持件222贴合，使左上夹持件211和右上夹持件221的凹槽分别与左下夹持件212和右下夹持件222的凹槽对接，岩石试件3两端的凸起部分别容置于夹具2的左容置腔23和右容置腔24。
51.s2，向左夹具21和右夹具22施加外力，使左夹具21和右夹具22沿横梁朝相互远离的方向滑动，对岩石试件3进行拉伸，直到岩石试件3被拉破坏；记录岩石试件3破坏时所施加的外力值；
52.步骤s2在本实施例中的具体实施方式为：水平千斤顶25顶起，以使左上夹持件211
与右上夹持件221相互远离，同时左下夹持件212与右下夹持件222相互远离，对岩石试件3进行拉伸，直到岩石试件3被拉破坏；记录岩石试件3破坏时水平千斤顶25的顶推力值；
53.在实施步骤s2之前，可以对左夹具21和右夹具22的位置进行微调，以消除岩石试件3与左夹具21和右夹具22之间的间隙。
54.s3，通过岩石试件3破坏处的截面尺寸和步骤s2中记录的外力值，计算岩石的抗拉强度，试验结束。
55.综上，按照本实用新型的岩石抗拉强度测试装置解决了试验时岩石试件从夹具中滑脱的问题，且该装置结构紧凑、便于操作、试验准确性高，因而尤其适用于岩石抗拉强度测试的应用场合。
56.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。