[发明专利]一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置及其使用方法，包括试样、压头和底座；试样包括两端的粗柱体和中间的细柱体，粗柱体和细柱体之间设有过渡区，两端的粗柱体远离细柱体的一端中心位置分别开设有凹槽；压头包括第一柱体，第一柱体一端中心位置设有与凹槽相适配的第一凸块；底座包括圆盘基座，圆盘基座中心位置设有第二柱体，第二柱体远离圆盘基座一端中心位置设有与凹槽相适配的第二凸块；第一凸块和第二凸块分别插入两端的粗柱体上的凹槽内；本发明可有效消除岩石和混凝土单轴压缩试验中端部摩擦效应的影响，试验结果可靠。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体是一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置及其使用方法。

背景技术

在岩石以及混凝土材料室内试验中，单轴压缩试验是极其重要的实验类型，而各类单轴压缩试验当中都广泛存在端部效应。已有众多研究发现，在不同试验条件下端部效应会对试验结果产生不同的影响。在单轴压缩条件下，端部效应不仅会使得试验结果产生较大偏差，还会改变试样的破坏机制与破坏形式，得到的结果与理论存在很大差别，测得的抗压强度与真实值存在很大偏差，给相关研究带来误导与困扰。

根据相关规范和建议，目前单轴压缩试验多选用直径约50mm、高度约100mm的圆柱体型试样。由于金属压头和岩石或混凝土材料试样在弹性模量和材料粗糙度等方面存在较大差异，受压时两种材料之间的变形不协调在接触面上引起不均匀分布的剪应力，再加上试样两端外侧通过喉箍分别与压头和底座固定，导致试样端部应力场与理想情况产生很大偏差。通过数值模拟与试验发现，在端部作用影响下试样两端的应力场呈“漏斗状”，应力不均匀分布和传递会影响试样整体强度和变形参数，造成所测数据的不可靠。众多现有的技术与方法只能在一定程度上削减端部效应的影响，但效果都不是非常理想。此外，在单轴压缩试验当中，传统方法很难保证试样与压头、底座的中心线重合，造成轴向偏心受压，也会给试验带来一定误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置及其使用方法，以解决现有技术中的单轴压缩试验装置与使用方法只能在一定程度上削减端部效应的影响，但效果都不是非常理想的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种用于岩石和混凝土的单轴压缩试验装置，包括试样、压头和底座；试样包括两端的粗柱体和中间的细柱体，两端的粗柱体和中间的细柱体之间分别设有过渡区，粗柱体、过渡区和细柱体为一体件，两端的粗圆柱远离细圆柱的一端中心位置分别开设有凹槽；压头包括第一柱体，第一柱体一端中心位置设有与凹槽相适配的第一凸块，第一柱体与第一凸块为一体件；底座包括圆盘基座，圆盘基座中心位置设有第二柱体，第二柱体远离圆盘基座一端中心位置设有与凹槽相适配的第二凸块，圆盘基座、第二柱体和第二凸块为一体件；第一凸块和第二凸块分别插入两端的粗柱体上的凹槽内。

进一步的，第一柱体的侧面设有两翼，两翼呈镜像对称，两翼与第一柱体为一体件，两翼上分别对应开设有用于放置LVDT位移传感器的安装孔。

进一步的，圆盘基座上第二柱体的周围设有传感器接口。

进一步的，凹槽为圆柱体型凹槽，第一凸块和第二凸块均为圆柱体型；凹槽的深度小于粗柱体的长度；第一柱体的横截面形状和第二柱体的横截面形状均与粗柱体的横截面形状相同。

进一步的，第一凸块和第二凸块上分别套设有垫片，且垫片分别设置于两端的粗柱体与第一柱体和第二柱体之间。

进一步的，第一柱体靠近垫片一端外围、垫片外围和粗柱体靠近垫片一端外围套设有橡皮套；第二柱体一端外围、垫片外围和粗柱体靠近垫片一端外围套设有橡皮套；橡皮套外围套设有喉箍。

进一步的，粗柱体、细柱体、第一柱体和第二柱体的形状均为圆柱体型或直棱柱体型。