一种适用于软岩的巴西圆盘劈裂试验夹具的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种适用于软岩的巴西圆盘劈裂试验夹具，主要应用于室内岩石力学试验，测量岩石的抗拉强度。
【背景技术】
[0002]目前用于测定岩石的抗拉参数主要有直接拉伸试验和间接拉伸试验两种方法。由于直接拉伸试验在操作中较难完成，通常采用间接拉伸试验方法测试岩样的抗拉强度。巴西劈裂试验是目前国际上测试岩样抗拉强度的标准方法之一，被广泛采用。但是随着研宄的不断深入，发现巴西劈裂试验本身存在较大误差，其试验假设与Griffith强度准则并不相符，岩石巴西试验检测抗拉强度是一个三维弹性力学问题，由分析可知试样断面中心处拉应力最大，但由于巴西劈裂试验中应力集中存在，不能满足端面中心点起裂条件，而必然从端面的应力集中的加载点起裂，所以测量结果并不能反映岩样的真实抗拉强度。目前，广泛应用的巴西劈裂试验主要有垫条式巴西劈裂、弧形巴西劈裂和平台巴西劈裂。本发明基于巴西劈裂的基本原理，针对传统劈裂中存在的问题，设计出了一种新的试验夹具，避免了垫条与试样接触处应力集中发生局部破坏，使拉应力能够较为均匀地产生在试样内部，有效的降低了不均匀性对试验的影响，试样破坏时的抗拉强度更接近实际抗拉强度。
【实用新型内容】
[0003]本试验夹具主要用于解决软岩在巴西圆盘劈裂试验中由于强度较低，易在与垫条接触处发生局部压碎现象。使用本试验夹具能有效避免软岩被压碎现象，使拉应力较为均匀地产生在试样内部，测试结果更为精确。
[0004]为达到上述目的，本实用新型的设计方案是:一种适用于软岩的巴西圆盘劈裂试验夹具，它包括四块完全相同的圆弧形钢片，圆弧形钢片的一边上加工有坡口，四块圆弧形钢片通过粘结剂与试样相连，相邻两块圆弧形钢片的坡口相配合形成下楔口和上楔口，在下楔口和上楔口上都设置有楔块。
[0005]所述楔块上加工有与下楔口和上楔口相配合的斜面。
[0006]所述圆弧形钢片与试样接触的一侧表面加工有弧形面。
[0007]所述楔块的截面形状为等腰梯形，上底边与斜边夹角范围为100° -110°。
[0008]所述圆弧形钢片所对应的圆心角为90°，四个圆弧形钢片拼合形成空心圆柱体，圆弧形钢片的圆弧半径能够根据试样的大小进行调整。
[0009]本实用新型有如下有益效果:
[0010]在使用时，将加工好的试样通过粘结剂与圆弧形钢片相连，并将四个圆弧形钢片的坡口相配合，形成下楔口和上楔口，然后将楔块分别设置在上楔口和下楔口之间，并将整个装置放置于试验仪器内部进行加载，通过楔块产生挤压力，将圆弧形钢片向外张开，同时圆弧形钢片对试样进行拉伸，对试样进行劈裂拉伸试验。通过采集到的试验结果来计算岩石的抗拉强度。采用上述的方法避免了传统巴西劈裂试验中，垫条与试样接触处应力集中发生局部破坏，使拉应力能够较为均匀地产生在试样内部，有效的降低了不均匀性对试验的影响，试样破坏时的抗拉强度更接近实际抗拉强度。
【附图说明】
[0011]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0012]图1为本实用新型夹具整体试验示意图。
[0013]图2为本实用新型圆弧形钢片的结构示意图。
[0014]图3为本实用新型楔块的结构示意图。
[0015]图4为本实用新型图1中上楔口与楔块配合A处局部视图。
[0016]图中:试验仪下壳体1、圆弧形钢片2、楔块3、下楔口 4、粘结剂5、上楔口 6、试样7、压块8。
[0017]A:上楔口与楔块配合局部视图、P:试验仪压力。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。
[0019]参见图1-4，一种适用于软岩的巴西圆盘劈裂试验夹具，它包括四块完全相同的圆弧形钢片2，圆弧形钢片2的一边上加工有坡口 202，四块圆弧形钢片2通过粘结剂5与试样7相连，相邻两块圆弧形钢片2的坡口 202相配合形成下楔口 4和上楔口 6，在下楔口 4和上楔口 6上都设置有楔块3。
[0020]优选的，所述楔块3上加工有与下楔口 4和上楔口 6相配合的斜面301。通过楔块3与下楔口 4和上楔口 6之间的配合，产生挤压力从而对圆弧形钢片2产生挤压力，使其具有分开的趋势。
[0021]优选的，所述圆弧形钢片2与试样7接触的一侧表面加工有弧形面201，弧形面201通过粘结剂5与试样7的外表面相配合，同时进行粘连，从而便于对试样产生拉伸力。
[0022]优选的，所述楔块3的截面形状为等腰梯形，上底边与斜边夹角范围为100。 -110。。
[0023]优选的，所述圆弧形钢片2所对应的圆心角为90°，四个圆弧形钢片2拼合形成空心圆柱体，圆弧形钢片2的圆弧半径能够根据试样7的大小进行调整。
[0024]在本实施例中:
[0025]优选的，所述楔块3长度取值范围为50-110mm，两底边尺寸取值范围分别为2-3mm、3-5mm，斜边长度范围为6-10mm，底边与斜边夹角取值范围分别为70° -80°、100° -110°，其主要作用是当沿着圆弧形钢片2的坡口 202形成的楔口将楔块3下压是，对圆弧形钢片2产生水平相反方向的挤压力，从而对试样7产生拉伸力。
[0026]优选的，所述四个圆弧形钢片2内壁为圆弧形曲面，每个圆弧形钢片2所对应的圆心角为90°，四个圆弧形钢片2相连恰好围成一个内径为25mm，长50_110mm的空心圆柱，即刚好可以把直径为50mm的标准岩石试样包裹起来，每个圆弧形钢片2长50_110mm。每个圆弧形钢片2上都加工有坡口 202，进而形成下楔口 4和上楔口 6，楔口夹角为20° -40°圆弧形钢片2厚度为12-20_，其主要作用是固定试样7，并通过粘结剂的胶结力给试样7提供一个水平拉力，圆弧形钢片2的底面与楔口的开始面之间有6_的公共闭合部分。
[0027]本实用新型装置具体工作原理和工作过程为:
[0028]1、制备直径50mm，长40mm的圆柱体岩石试样7，将底面打磨光滑，在底面圆面上用黑色标记笔画出两条相互垂直的直径，以方便确定圆弧形钢片2的贴合位置。
[0029]2、用清水将圆弧形钢片2内壁清理干净，并用吸水纸擦干。使用环氧树脂AB胶作为粘结剂按照1:1的比例在硬纸板上混合均匀。
[0030]3、双手带上橡胶手套避免受伤，用毛刷将AB胶混合液均匀涂在圆弧形钢片2内壁和试样7外壁上，按照顺序将圆弧形钢片2依次对准标记使夹具与试样7竖直和水平闭合处与十字标记对齐并粘贴，注意不要将AB胶涂于各个圆弧形钢片2的对接处，用橡皮筋将圆弧形钢片2形成的夹具与试样7均匀捆扎固定放于30°C恒温且干燥箱中干燥2小时。
[0031]4、将夹具与试样粘结成的整体取出。将两个楔块分别卡入夹具的两个上、下楔口中，然后将其在RMT-150C试验仪器上安置好，如附图1所示，将夹具放置于试验仪下壳体I内部，然后用压块8对楔块3进行施压。
[0032]5、操作仪器开始试验，仪器压头施加竖直方向的压力，将上下两个楔块沿楔口压入，使圆弧形钢片2向相反方向发生位移，圆弧形钢片2通过与试样7之间的胶结力对试样产生方向相反的拉力，直到试样产生拉裂缝即试样破坏停止试验。
[0033]6、将夹具与试样分离。使用HX-QDB770强力脱胶剂使圆弧形钢片2与试样7分离。将脱胶剂倒入容器中，然后在脱胶剂中加一厘米厚水封面用于防火防挥发。将夹具连同已破坏的试样完全浸泡于脱胶剂中，十五分钟后，将圆弧形钢片2从脱胶剂中取出，若有局部破碎试样没有与圆弧形钢片2剥离的可用毛刷将脱胶剂涂于需脱除的部位，清理完成后用清水洗净擦拭干净。
[0034]7、在计算机中导出本次试验的最大荷载P代入公式σ = 2P/JTDL (式中:σ—岩样抗拉强度MPa ;P—劈裂荷载值N ;D—岩样直径mm ;L—岩样厚度mm)计算岩石的抗拉强度。
[0035]结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。技术人员均可在不违背本实用新型的创新点及操作步骤，在权利要求保护范围内，对上述实施例进行修改。本实用新型的保护范围，应如本实用新型的权利要求书覆盖。
【主权项】
1.一种适用于软岩的巴西圆盘劈裂试验夹具，其特征在于:它包括四块完全相同的圆弧形钢片(2)，圆弧形钢片(2)的一边上加工有坡口(202)，四块圆弧形钢片(2)通过粘结剂(5)与试样(7)相连，相邻两块圆弧形钢片(2)的坡口(202)相配合形成下楔口(4)和上楔口(6)，在下楔口(4)和上楔口(6)上都设置有楔块(3)。
2.根据权利要求1所述的一种适用于软岩的巴西圆盘劈裂试验夹具，其特征在于:所述楔块(3)上加工有与下楔口(4)和上楔口(6)相配合的斜面(301)。
3.根据权利要求1所述的一种适用于软岩的巴西圆盘劈裂试验夹具，其特征在于:所述圆弧形钢片(2)与试样(7)接触的一侧表面加工有弧形面(201)。
4.根据权利要求1或2所述的一种适用于软岩的巴西圆盘劈裂试验夹具，其特征在于:所述楔块(3)的截面形状为等腰梯形，上底边与斜边夹角范围为100° -110°。
5.根据权利要求1所述的一种适用于软岩的巴西圆盘劈裂试验夹具，其特征在于:所述圆弧形钢片(2)所对应的圆心角为90°，四个圆弧形钢片(2)拼合形成空心圆柱体，圆弧形钢片(2)的圆弧半径能够根据试样(7)的大小进行调整。
【专利摘要】本实用新型涉及一种适用于软岩的巴西圆盘劈裂试验夹具，它包括四块完全相同的圆弧形钢片，圆弧形钢片的一边上加工有坡口，四块圆弧形钢片通过粘结剂与试样相连，相邻两块圆弧形钢片的坡口相配合形成下楔口和上楔口，在下楔口和上楔口上都设置有楔块。本试验夹具主要用于解决软岩在巴西圆盘劈裂试验中由于强度较低，易在与垫条接触处发生局部压碎现象。使用本试验夹具能有效避免软岩被压碎现象，使拉应力较为均匀地产生在试样内部，测试结果更为精确。
【IPC分类】G01N3-04
【公开号】CN204613025
【申请号】CN201520352757
【发明人】刘杰, 苑腾飞, 李建林, 秦勇, 虎义平, 颜溧洲, 于振民
【申请人】三峡大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月28日