岩石抗拉强度试验架的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种测试不同围压条件下岩石抗拉强度的试验架，可应用于地下工程设计和施工及石油工程领域。
【背景技术】
[0002]在地下岩土工程及石油工程领域，岩石的抗拉强度是一个非常重要的力学参数。岩石具有抗压不抗拉的特性，抗拉强度成为了岩石的最弱强度特征，所以拉伸破坏是岩石失稳过程中最容易破坏的形式。
[0003]由于对岩石抗拉强度的认识不足及测定困难等，现在对岩石抗拉强度的测定仍然没有有效和精确的方法。目前测定岩石抗拉强度最常用方法是间接试验法-巴西劈裂试验，该方法避开了试件加工和直接夹持拉伸困难的难题。利用弹性力学原理中弹性解分析试件的破坏机理，可知加载过程中试件的中心位置首先出现断裂裂缝。但是在巴西劈裂试验过程中，Hudson、Brown和Rummel利用伺服控制加压系统进行巴西试验时，破坏点都是从加载点处开始，在试件圆盘中心看不到任何破裂裂纹。根据试验观察，巴西劈裂试验测定岩石的抗拉强度是不准确的，所以需要采用直接拉伸法来测定岩石的抗拉强度。
[0004]本实用新型克服了巴西劈裂理论上解释抗拉强度的不足，采用直接拉伸的方法测试岩石的抗拉强度。试验过程中保证了外载荷通过岩心试件的轴线，避免岩心试件弯曲造成的应力集中和弯矩现象发生，同时该试验架可以测量不同围压下的岩石抗拉强度。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目是提供一种通过直接拉伸方法测试不同围压条件下岩石抗拉强度的试验架。
[0006]为此，本实用新型所采用的技术方案是:
[0007]一种岩石抗拉强度试验架，其特征在于包括压力室、千斤顶和岩心夹持装置。压力室由围压筒组成，围压筒一端封闭，另一端开口，其侧面上下端各包含一个注液孔；千斤顶由活塞、油缸和上横梁组成，活塞上包含两处密封槽，上横梁上包含两处密封槽，油缸侧面上下端各包含一个注液孔；岩心夹持装置由万向节和夹持器组成，万向节一端与活塞或底座相连，另一端与夹持器连接，夹持器和万向节之间可拆卸。
[0008]如上所述的岩石抗拉强度试验架，其中，所述围压筒可以上下移动，围压筒与上横梁之间采用螺栓连接，围压筒和上横梁之间包含密封圈。
[0009]如上所述的岩石抗拉强度试验架，其中，所述活塞和油缸之间包含密封圈，活塞与上横梁之间包含密封圈。
[0010]如上所述的岩石抗拉强度试验架，其中，所述上横梁固定在试验台上。
[0011]如上所述的岩石抗拉强度试验架，其中，所述底座通过两根支柱固定在上横梁上。
[0012]如上所述的岩石抗拉强度试验架，其中，所述两个万向节一端分别固定在活塞下端和底座上，万向节的另一端通过螺栓与夹持器连接，万向节上的销子II可拆卸。
[0013]如上所述的岩石抗拉强度试验架，其中，所述夹持器的内径尺寸可以变化。
[0014]如上所述的岩石抗拉强度试验架，其中，所述液压油从注液孔II注入，注液孔I打开，活塞向上运动；液压油从注液孔IV注入，待液压油从注液孔III流出后，关闭注液孔III，继续注入液压油可对岩心试件进行围压加载。
[0015]本实用新型所述岩石抗拉强度试验架的工作方式是:
[0016]首先将岩心加工成标准圆形截面试件，即中间位置的直径小于两端直径的哑铃状试件。拆掉上下两个万向节上的销子II，取出夹持器。用环氧树脂将试件两端粘接，使试件两端表面覆盖一层环氧树脂，再在试件表面套上胶套，然后将岩心试件放置在夹持器中夹紧。通过销子II将夹持器安装在底座上的万向节上，然后启动伺服增压泵，调节活塞下端位置恰好至夹持器的上端面，插入销子II将其连接在活塞上。围压筒上升，通过螺栓将围压筒固定在上横梁上。打开注液孔III，泵站通过注液孔IV向围压筒中注入液压油，待注液孔III有油流出时，关闭注液孔III，关闭泵站。开启伺服增压泵通过注液孔IV向围压筒中注入液压油，同时打开注液孔II，通过注液孔I向油缸中注入液压油，使活塞达到力平衡状态。待围压加载完后，打开注液孔I并通过伺服增压泵控制油缸内的液压油压力不变，伺服增压泵通过注液孔II向油缸中注入液压油，同时控制围压筒内的压力不变，采集试验数据，直至试件破坏。然后通过注液孔IV回油，拆掉上横梁和围压筒之间的螺栓，卸下围压筒后，分别拔掉岩心夹持装置上的销子II，取出试件，试验结束。
【附图说明】
[0017]以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中，
[0018]图1为本实用新型的岩石抗拉强度试验架结构示意图；
[0019]图2为本实用新型的岩石抗拉强度试验架剖视示意图；
[0020]图3为本实用新型的岩心夹持装置结构示意图；
[0021]附图标号说明:
[0022]1、油缸；2、注液孔I ;3、活塞；4、注液孔II ;5、上横梁；6、注液孔III ;7、围压筒；8、立柱；9、底座；10、注液孔IV ;11、夹持器；12、万向节；13、密封槽；14、螺栓；15、销子I ;16、销子II
【具体实施方式】
[0023]为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【附图说明】本实用新型的【具体实施方式】。
[0024]图1为本实用新型的岩石抗拉强度试验架结构示意图；图2为本实用新型的岩石抗拉强度试验架剖视示意图；图3为本实用新型的岩心夹持装置结构示意图。
[0025]如图2和图3所示，一种岩石抗拉强度试验架，其特征包括压力室、千斤顶和岩心夹持装置。压力室由围压筒7组成，围压筒7 —端封闭，另一端开口，其侧面的上下端各包含一个注液孔III和注液孔IV ;千斤顶由活塞3、油缸I和上横梁5组成，活塞3上包含两处密封槽13，上横梁5上包含两处密封槽13，活塞3与上横梁5之间的密封槽13形成了千斤顶的压力腔，围压筒7和上横梁5之间的密封槽13形成了压力室的压力腔；岩心夹持装置由万向节12和夹持器11组成，万向节12 —端与活塞3或底座9相连，另一端与夹持器11连接，夹持器11和万向节12之间可拆卸。
[0026]实施例:
[0027]首先将岩心试件加工成标准圆形截面试件，即中间部分直径小于两端直径的哑铃状试件。分别拆下岩心夹持装置上下部分的销子II 16，取出夹持器11。用环氧树脂将试件两端粘接，使试件两端表面覆盖一层环氧树脂，试件表面套有胶套，然后将其放置在夹持器11中夹紧。将装有岩心试件的夹持器11通过销子II 16安装在底座9上，然后启动伺服增压泵，调节活塞3下端位置恰好至夹持器11上端面，插入销子II 16。围压筒7上升至上横梁5下表面，用螺栓14将其固定在上横梁5上。打开注液孔1116，泵站通过注液孔IVlO向围压筒7中注入液压油，待注液孔III6有油流出时，关闭注液孔1116，关闭泵站。开启伺服增压泵通过注液孔IVlO向围压筒7中注入液压油，同时打开注液孔114，通过注液孔I 2向油缸I中注入液压油，使活塞3达到力平衡状态。待围压加载完后，伺服增压泵通过注液孔II 4向油缸I中注入液压油，同时控制围压筒7内的液压油压力不变，采集试验数据，直至试件破坏。然后通过注液孔IVlO回油，拆掉上横梁5与围压筒7之间的螺栓14，卸下围压筒7后，分别拔掉岩心夹持装置上下部分的销子II 16，取出试件，试验结束。
【主权项】
1.一种岩石抗拉强度试验架，其特征在于，所述岩石抗拉强度试验架具有: 压力室、千斤顶和岩心夹持装置；压力室由围压筒组成，围压筒一端封闭，另一端开口，其侧面上下端各包含一个注液孔；千斤顶由活塞、油缸和上横梁组成，活塞上包含两处密封槽，上横梁上包含两处密封槽，油缸侧面上下端各包含一个注液孔；岩心夹持装置由万向节和夹持器组成，万向节一端与活塞或底座相连，另一端与夹持器连接，夹持器和万向节之间可拆卸。
2.如权利要求1所述的岩石抗拉强度试验架，其特征在于，所述围压筒可以上下移动。
3.如权利要求1所述的岩石抗拉强度试验架，其特征在于，所述万向节分别固定在活塞下端和底座上，万向节上的销子II可以拆卸，万向节的另一端通过螺栓与夹持器连接。
4.如权利要求1所述的岩石抗拉强度试验架，其特征在于，所述夹持器的内径尺寸可以变化。
5.如权利要求1所述的岩石抗拉强度试验架，其特征在于，所述底座通过两根支柱固定在上横梁上。
【专利摘要】本实用新型涉及一种岩石抗拉强度试验架，其特征在于包括压力室、千斤顶和岩心夹持装置。压力室由围压筒组成，围压筒一端封闭，另一端开口，其侧面上下端各包含一个注液孔；千斤顶由活塞、油缸和上横梁组成，活塞上包含两处密封槽，上横梁上包含两处密封槽，油缸侧面上下端各包含一个注液孔；岩心夹持装置由万向节和夹持器组成，万向节一端与活塞或底座相连，另一端与夹持器连接，夹持器和万向节之间可拆卸。本实用新型通过千斤顶为试件提供拉伸载荷，岩心夹持装置保证了外载荷通过试件的轴线，避免试件弯曲产生的应力集中和弯矩现象，同时压力室内的液压油可为试件提供围压，实现了在不同围压条件下通过直接拉伸试验测定岩石的抗拉强度。
【IPC分类】G01N3-10
【公开号】CN204514723
【申请号】CN201520179468
【发明人】周大伟, 张广清
【申请人】中国石油大学(北京)
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年3月24日