一种精确测量岩石单轴抗拉强度的试验方法与流程

本发明属于岩石力学领域，尤其涉及一种测量岩石单轴抗拉强度的试验方法。

背景技术：

岩石抗拉强度是指岩石试件在外荷载的作用下抵抗拉应力的能力，为岩石试件在拉伸破坏时的极限荷载与受拉截面面积的比值。在工程建设中经常会遇到岩石类材料，其抗拉强度力学性能指标是设计、检验、控制和评判质量好坏旳一个重要依据。抗拉强度是岩石的重要力学性质指标之一，也是岩石结构设计中安全与稳定性分析的一个控制性参数。岩石材料比较显著的一个特点就是其抗拉强度要比其抗压强度值小得多，也要比其抗剪强度值小得多，因而处于复杂应力状态中的岩石在发生破坏时往往在其受到较大拉应力的地方发生断裂，故在岩石的力学性能当中，抗拉破坏是值得研究的一个重要方面。岩石抗拉强度是岩石工程建筑设计的主要技术参数之一，目前常用的岩石抗拉强度试验有单轴拉伸试验、巴西劈裂试验、三点荷载弯曲试验，这几种常用的试验方法都被写入了国家规范。

单轴拉伸试验

岩石的直接拉伸和金属材料的直接拉伸方法比较类似，先把试件加工成圆柱形，再对中部进行切削，制成中间细两端粗的标准试件，然后用夹具夹住试件的两端进行拉伸，试件被拉断时的应力即为岩石的抗拉强度σt。

σt＝p/f×10(mpa)

其中：p一试件被拉断时的拉力(kn)；

f—试件横截面面积(cm²)。

通常认为直接拉伸试验的结果更加符合岩石的实际受拉情况，但由于用于直接拉伸试验的岩石试样很难加工，因为岩石属于脆性材料，要将其加工成哑铃状的圆柱体试样比较费时，而且加工完的成品率非常低，同时很难将夹具的拉力与试件的轴线保持重合。因此，考虑到上述直接拉伸试验在实际操作过程中不够简单易行，所以通常情况下采用间接拉伸试验的方法作为抗拉试验。

巴西劈裂试验

圆盘劈裂试验亦称巴西试验(braziliantest)，传统的试验方法是将经过加工的圆盘状试样，放置于压力机的承压板间，并在试样与上、下承压板之间各放置一根直径为1mm的硬质钢丝作为垫条。垫条位于与试样端面垂直的对称轴面上，它可将施加的压力变为线荷载，以使试样内部产生垂直于上、下荷载作用方向的拉应力。使试样因拉应力而破坏，可以通过公式求其抗拉强度。

试样的抗拉强度(负号为拉应力)可表示为

σt＝-(2pt)/πdl

式中:σt为岩石抗拉强度，l为试样长度(厚度)，d为直径，pt为破坏载荷。

但是巴西试验的实验条件和岩石受拉破坏的条件有很大差异，其结果也与直接传统拉伸有很大差异，所以巴西试验的试验结果的可靠性一直受到学术界的质疑。另外巴西试验的离散性很大，对于重复性较小的试验是不适用的。

因此，有必要设计一种更好的试验方法来测得岩石的单轴抗拉强度，以解决上述问题。

本发明所要解决的技术问题在于提供一种简单、精确测量岩石单轴抗拉强度的试验方法。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种试验方法，改进以往单轴拉伸试验存在技术上的困难，能够精确测量岩石单轴抗拉强度，获得岩石单轴抗拉强度的真实值。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)本发明方法实施简单，不需要复杂的仪器设备。

(2)本发明方法中的试件是通过普通机械加工获得，而且加工工艺极其简单，可保证实验结果的精确度，从而保证实验结果的一致性。

(3)本发明方法简化了试件的加工工艺，降低了实验成本。

(4)试验受到干扰较小，离散性比较小。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种精确测量岩石单轴抗拉强度的试验方法，包括：

步骤一：将多种已知单轴抗拉强度的岩石做成空心圆柱试件；

步骤二：将所述空心圆柱试件放置于万能实验机上，用尼龙带穿过试件，尼龙带连接万能试验机进行拉伸试验，记录试件破坏时的拉力p1、p2、p3，…，pi；

步骤三：以试件破坏时的拉力p1、p2、p3，…，pi为横坐标，以岩石单轴抗拉强度为纵坐标建立坐标系，将测试的结果绘于图中，并用光滑曲线将各点连接起来,形成拉力-抗拉强度曲图；

步骤四：制备待测岩石空心圆柱试件；

步骤五：将所述空心圆柱试件放置于万能实验机上，用尼龙带穿过试件，尼龙带连接万能试验机进行拉伸试验，记录试件破坏时的拉力pi+1；

步骤六：用作图法找出拉力pi+1对应的岩石单轴抗拉强度。

进一步，在步骤一中，多种已知单轴抗拉强度的岩石，数量应根据实验要求的精确度进行确定。

进一步，在步骤二中，拉力p1、p2、p3，…，pi通过万能试验机获得。

进一步，在步骤三中，拉力-抗拉强度曲线图，可以通过后期不断增加已知单轴抗拉强度的岩石实验来增加精确度。

本发明的优点和有益效果是：

1.本发明巧妙地将传统直接拉伸圆柱试件测试岩石力学参数的方式转化为拉伸空心圆柱试件，实验容易实施。

2.通过一一对应关系，根据测得的拉力就可以知道试件的单轴抗拉强度。

3.本发明对试样无特殊要求，降低了制取试样的复杂程度。

4.本发明中拉力-抗拉强度曲线图，可以通过后期不断增加已知单轴抗拉强度的岩石实验来增加精确度，且后续实验不需要重新绘制拉力-抗拉强度曲线图。

5.本发明步骤简单，制作借助现有材料和设备，成本低廉，费效比高，适合于大面积推广使用。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的具体实施方式及附图作以详细描述。

图1是本发明试件示意图；

其中，1－尼龙带、2－试件

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施进行具体说明。

本发明中所提到的试件为需检测的岩石样本，所述的岩石样本是按照检测需要而制成的规定形状尺寸的岩石样本。

如图1所示，本发明试件示意图。包括尼龙带1和试件2。

步骤一：将多种已知单轴抗拉强度的岩石做成试件2；

步骤二：将所试件2放置于万能实验机上，用尼龙带1穿过试件2，用尼龙带连接万能试验机进行拉伸试验，记录试件破坏时的拉力p1、p2、p3，…，pi；

步骤三：以试件破坏时的拉力p1、p2、p3，…，pi为横坐标，以岩石单轴抗拉强度为纵坐标建立坐标系，将测试的结果绘于图中，并用光滑曲线将各点连接起来,形成拉力-抗拉强度曲线图；

步骤四：制备待测岩石试件2；

步骤五：将所述试件2放置于万能实验机上，用尼龙带1穿过试件2，用尼龙带连接万能试验机进行拉伸试验，记录试件破坏时的拉力pi+1；

步骤六：用作图法找出拉力pi+1对应的岩石单轴抗拉强度。

进一步：所述步骤一中的尼龙带1，为有一定宽度和强度的柔性带；所述的试件2，为按照一定尺寸进行加工的试件；优选的，试件2尺寸统一加工为外直径5cm，内直径2cm，长度10cm。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变化仍在本发明的保护范围以内。