[发明专利]含裂隙类岩石抗拉强度测试用试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种含裂隙类岩石抗拉强度测试用试验装置及方法。

背景技术

岩石的抗拉强度是衡量岩体力学性质的重要指标，是用来建立岩石强度判据，确定强度包络线以及选择建筑石材不可缺少的参数。研究岩体的抗拉性能对隧道、工程边坡及地下工程洞室的围岩体有重要意义。目前，测定岩石抗拉强度的方法有：直接拉伸试验，巴西劈裂法，正方形板对轴压裂试验，对轴压模拉伸试验等。由于巴西劈裂容易操作和对试样要求较低，所以通常采用巴西劈裂法测定岩石的抗拉强度。巴西试验用于测试岩石类脆性材料的抗拉强度已经有40多年的历史，并在国外诸多工程领域中得到广泛的应用。1978年国际岩石力学学会将其作为测试岩石抗拉强度的推荐方法之一。目前国际上测试岩样抗拉强度的标准方法主要是巴西劈裂试验。虽然巴西圆盘试验已经成为目前国际上测试岩石类脆性材料抗拉强度的通行方法，并被写入我国及日本、美国、英国等国的相关技术规范之中。巴西圆盘劈裂是用一个实心圆柱形试件，使它承受径向压缩线载荷至破坏，间接地求出岩石的抗拉强度。其理论依据是按照Boussinesq半无限体上作用着集中力的解析解的叠加。然而，这一经典的测试方法还有很多不足。如在进行巴西劈裂试验时，加载处会因为应力集中首先脆断，巴西劈裂的中心起裂条件不能得到保证。并且线荷载加载形式必然导致试样从加载点起裂，不满足中心起裂条件；而且垫条刚度、强度的大小及垫条的尺寸、形状等直接影响载荷与试件接触面的接触程度，从而影响到岩石抗拉强度的测试精度；现有平台巴西劈裂试验的抗拉强度公式是基于完整巴西圆盘试样的平面应力问题的弹性力学的解析解，而试样实际上处于三维应力状态且试样为平台巴西试样，其抗拉强度公式存在较大误差；此外，现有巴西劈裂抗拉强度实验测试方法多是对完整岩样进行，并未考虑裂隙对其抗拉强度及破坏模式的影响，更未考虑裂隙偏心对其抗拉强度及破坏模式的影响。而岩石中所包含的大量的微裂隙和孔隙，对岩块抗拉强度影响很大，直接削弱了岩块的抗拉强度。因此现有技术中的方法已不适宜于测试岩石类脆性材料的抗拉强度，特别是含裂隙类岩石材料的抗拉强度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单，设计新颖合理，实现方便，测得的数据能够真实地反映含裂隙类岩石的抗拉强度、裂隙扩展演化规律和破裂模式以及裂隙对其的影响规律，实用性强，便于推广使用的含裂隙类岩石抗拉强度测试用试验装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种含裂隙类岩石抗拉强度测试用试验装置，其特征在于：包括用于将类岩石材料加工成含裂隙平台巴西试样的含裂隙平台巴西试样加工装置和用于给含裂隙平台巴西试样加载应力的应力加载系统，以及用于采集在应力加载过程中含裂隙平台巴西试样内部结构损伤演化过程的声发射特征参数的声发射系统和用于采集在应力加载过程中含裂隙平台巴西试样表面细观结构变化图像的VIC-3D非接触全场应变测量系统；

所述含裂隙平台巴西试样加工装置包括底座、设置在底座上的试样模具安装槽和底部插入试样模具安装槽内且与底座固定连接的试样模具，所述试样模具安装槽的横截面轮廓曲线为由依次连接的第一直线、第一圆弧、第二直线和第二圆弧构成的与试样模具的横截面轮廓曲线形状相同的曲线，所述试样模具的横截面轮廓与含裂隙平台巴西试样的轮廓相对应，所述第一直线和第二直线对称设置，所述第一圆弧和第二圆弧对称设置，所述第一圆弧和第二圆弧的圆心在同一点上，所述第一圆弧和第二圆弧的半径相等，所述底座套装于试样模具内的部分为试样成形台，所述试样成形台的顶部十字交叉设置有滑槽，所述滑槽上滑动连接有滑块，所述滑块顶部转动连接有用于在含裂隙平台巴西试样中形成裂隙的裂隙成形片；

所述应力加载系统包括电子万能试验机和与电子万能试验机的应力加载探头相接的第一计算机；

所述声发射系统包括第二计算机和与第二计算机连接的数据采集机箱，以及通过电缆与数据采集机箱连接的前置放大器；所述前置放大器的输入端通过信号线连接有声发射传感器；

所述VIC-3D非接触全场应变测量系统包括VIC-3D测量仪和与VIC-3D测量仪相接的第三计算机。

上述的含裂隙类岩石抗拉强度测试用试验装置及方法，其特征在于：所述底座的形状为长方体形。