[发明专利]岩石卧式全数字伺服控制直接拉伸试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩石卧式全数字伺服控制直接拉伸试验系统。

背景技术

众所周知，岩石所受力学环境主要为压应力、较少承受拉应力，因此，在岩石力学的工程实践中，有关岩石在压应力作用下的试验和理论研究成果比较多，大量的试验研究工作都集中在压应力条件下的岩石力学响应，包括单轴、双轴和三轴试验等，而有关岩石拉应力作用下的研究成果则极少，主要原因是受试验条件的限制。由于岩石的抗拉强度远低于其抗压强度，拉伸破坏是岩石破坏的基本形式之一，抗拉强度和拉伸变形参数(如拉伸弹模、泊松比等)是岩石力学性质的重要指标，对岩石工程设计、分析、计算有着重要意义。遗憾的是，目前在岩石力学的有关试验规范和建议方法以及岩石工程实践中，岩石弹性模量和泊松比等变形参数都来自于压缩试验的结果。对岩石拉伸变形特性(如拉伸弹模、极限拉应变、拉伸应力应变曲线等)的了解还远少于对其压缩变形特性的了解，拉伸条件下关于岩石变形破坏特性的研究和报道十分少见。

目前，岩石抗拉强度通常采用巴西劈裂间接试验方法测得，少数学者开展了岩石直接拉伸试验研究，总体研究现状如下：

(1)《金属矿山》1995年第3期介绍了一种命名为SX-1的夹持装置，该装置设有万向活接，能消除试件拉伸时的偏心，但是夹持装置直接与试件端部相连，易在夹持部位出现应力集中。

(2)《中国矿业大学学报》1999年第3期介绍了一种立式直接单向拉伸的试验方法，该方法采用特殊形状的夹具和岩石试件，试件形状复杂、加工难度大，不易推广使用。

(3)《工程勘察》2011年第4期介绍了一种岩石立式直接拉伸试验装置，该装置上下均设置了转向机构，可以消除试验过程中的偏心，但是岩石试件需要与装置的上下拉头粘接，在粘接时无法保证试件与上下拉头严格对中。

(4)《焦作工学院学报》(自然科学版)2004年第3期介绍了两种岩石立式直接拉伸的试验方法，一是利用伍德合金连接试件，二是用粘接剂直接将试件粘接在试验机压头上。上述两种方法均将试件直接连接在试验机上，没有设置转向机构，试验过程中无法避免岩石试件偏心受拉。

(5)《岩石力学与工程学报》2005年第3期介绍了一种岩石立式直接拉伸试验方法，自行设计了拉-压转换器，用504高级万能粘接剂将试件粘接在拉块上，岩石试件使用磨光机加工，但是没有设置转向机构，仍然不能完全消除偏心的影响。

(6)《河南理工大学学报》2006年第4期介绍了一种可以加围压的立式直接拉伸试验装置，该装置采用粘接剂将试件与上下拉头粘接，但是没有设置转向机构，无法消除偏心的影响。

(7)《岩土力学》2008年第1期介绍了一种可对同一岩石试样进行压缩和直接拉伸试验的试验装置，该试验装置在上、下两端均设置了转向机构，可以消除偏心的影响，但是无法保证试件与上下拉头粘接时严格对中。

(8)《岩石力学与工程学报》2014年第12期介绍了一种立式轴向直接拉伸试验装置，该装置包括粘接对中装置和拉伸对中装置，该装置利用材料试验机通过立式拉伸实验测试岩石拉伸力学参数，试验过程中，由于粘结构件过多、拉伸杆件过长可能导致试件出现局部偏心。

综上所述，目前国内外岩石直接拉伸试验主要借助立式压力试验机，通过夹持、胶粘、套帽、轴向定位等方法进行试件拉伸试验。这些方法的最大缺陷就是：由于压力试验机立式放置，试验过程中因拉伸装置过长难于准确保证拉力沿着试件轴线方向，容易引起偏心受拉，从而造成试验结果的不准确或直接导致试验失败。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种岩石卧式全数字伺服控制直接拉伸试验系统及方法，本发明突破了现有技术中立式拉伸试验的限制，采用卧式方式进行试验，能够避免引起偏心受拉，造成试验结果的不准确或直接导致试验失败的情况。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种岩石卧式全数字伺服控制直接拉伸试验系统，包括卧式拉伸加载装置、卧式整平对中装置、数控加压系统和测试系统；

所述的卧式拉伸加载装置用于进行岩石试件的轴向拉伸加载；

所述的卧式整平对中装置用于保证在同一平面上沿试件轴向进行拉伸试验，其包括整平装置和卧式对中球铰装置；所述的整平装置通过调整旋钮和气泡对中保证整个实验系统始终处于同一水平面上；岩石拉伸试件用夹具进行夹持，夹具连接了卧式对中球铰装置；该装置的球形轴承可在球铰套内灵活自由转动，从而保证试件拉伸试验过程中始终处于轴心受拉状态；

所述的数控加压系统用于对卧式拉伸加载装置进行加压；