可调节对中的劈裂法测定岩石抗拉强度实验夹具及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种实验夹具，尤其是一种适用于岩石的抗拉强度的可调节对中的劈裂法测定岩石抗拉强度的实验夹具。
【背景技术】
[0002]岩石的抗拉强度是指岩石在单轴拉伸荷载作用下达到破坏时所能承受的最大拉应力。抗拉强度远小于单轴抗压强度，因此拉破坏是工程岩体的主要破坏方式之一，如何准确地测定岩石的抗拉强度对研究地下岩体至关重要。
[0003]测定岩石抗拉强度的方法有直接法和间接法两种，由于直接拉伸试验在试件制备需要花费大量的人力、物力和时间，目前国内外工程界多采用间接拉伸法。在间接拉伸法中，认可度最高、应用最广泛且操作最简便的方法是“劈裂试验法”，其试验方法为在圆柱体试件直径方向上施加一对线性荷载使试件沿直径方向破坏间接测定岩石的抗拉强度。
[0004]我国的岩石力学试验相关标准及规程中，均推荐采用劈裂法测定岩石的抗拉强度，如《工程岩体试验方法标准GB/T50266-99》。操作方法为:通过试件直径的两端在试件的侧面沿轴线方向画两条加载基线，将两根垫条沿加载基线固定，将试件置于试验机承压板中心调整球形座，使试件均匀受力作用力通过两垫条所确定的平面。但上述标准及规程中均未给出试验操作中定位加载基线的装置，实际操作过程中垫条很难在试验机的工作台上精确对中，易造成劈裂面偏离导致试验数据准确性。
[0005]针对这一问题，国内外相关文献和专利中公开了几种劈裂实验辅助夹具。
[0006]《岩石抗拉试验劈裂法测试技术的探讨》(《资源环境与工程》，2007年)一文中的图1展示了一种夹具，该夹具对于加工精确的圆柱体试件而言，可实现垫条沿着直接方向的精确定位，但是试件的加工往往不是十分精确的，实践表明对于直径50mm的试件而言加工中直径的偏差往往可达到±3_，该装置对于偏差较大的试件很难定位，另外试验过程中试件左侧与夹具侧面紧密接触，不符合劈裂试验要求的受力条件，会严重影响试验精度。
[0007]中国科学院武汉岩土力学研究所杨春和等人的劈裂法测定岩石抗拉强度的试件夹具(CN101936851A)虽然改进了试验装置，提高了试验精度，但夹具结构较复杂，且由于连杆相连经过一段时间会由于磨损和松动间接影响试验精度。试件轴向面被立柱遮挡，不利于对试件进行观察及摄影留证。
[0008]专利公告号为CN 103471909 A公开了一种巴西法测试岩石抗拉强度的试验辅助装置，设计了新的思路，提高了试验效率，但试验要排除侧向压力的影响，定位架对试件的作用力会对实验数据的准确性产生一定影响；由于定位架是封闭的，遮挡了试件，不利于对试件进行观察及摄影留证。
【发明内容】
[0009]技术问题:本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构简单、操作方便、效果好的可调节对中的劈裂法测定岩石抗拉强度的实验夹具。
[0010]技术方案:本发明的可调节对中的劈裂法测定岩石抗拉强度实验夹具，包括安放截面为圆形试件的支座、设在支座上的压块，支座的内侧设有对中夹板，支座的后侧设有对中调节器，支座与压块相对的底板上对称设有在同一轴线上的劈尖;所述的对中夹板包括顶靠在试件两侧的右对中夹板和左对中夹板，所述的对中调节器包括对中调节器外壳、对称在对中调节器外壳上下两侧的上滑动槽口和下滑动槽口，上下滑动槽口之间间隔设有粗调旋钮、细调旋钮、副粗调旋钮和设在两侧的对中调节器固定孔，上滑动槽口内设有上齿条，下滑动槽口内设有下齿条，上下齿条内啮合有与粗调旋钮相连的粗调齿轮一、与细调旋钮相连的细调齿轮和与副粗调旋钮相连的粗调齿轮二，对中调节器通过螺栓穿过安装孔安装在支座的两支撑柱上。
[0011]上述夹具的可调节对中的劈裂法测定岩石抗拉强度实验方法，包括如下步骤:
[0012]a.将实验夹具放置在压力试验机的上下压头之间；
[0013]b.将试件放入实验夹具的支座中，使圆柱形试件的轴向方向与中央劈尖的方向保持一致；
[0014]c.旋动粗调旋钮，使对右对中夹板和左对中夹板向中央移动夹紧试件；
[0015]d.启动压力试验机开始进行预加载，直至压力达到700?800N时停止加载，。向外旋动细调旋钮(5d)使得右对中夹板(3a)和左对中夹板(3b)与试件(6)不再接触；
[0016]e.启动压力试验机对试件进行加载，直至试件产生劈裂破坏；
[0017]f.记录破坏载荷，对破坏后的试件进行摄影；
[0018]g移除试样，重复步骤b?f，进行下一个试件的试验。
[0019]本发明有以下优点:
[0020]1、利用齿轮齿条的啮合带动对称布置的对中夹板调整试件的对中位置，定位精度尚ο
[0021]2、加压到数百牛后旋动微调旋钮使对中夹板与试件微微分离，既消除侧向压力的影响，保证试件的受力状态符合要求，又能保证试件维持破坏原状不散落，便于后续观察及摄影留证。
[0022]3、试件拆装简便，提高测试效率，且试件轴向正前方露出，便于观察及摄影留证。
[0023]4、平衡齿轮兼备用粗调齿轮与粗调齿轮交替使用，减轻齿条和齿轮单一部分的磨损，确保实验精度，有利于延长夹具的使用寿命。
【附图说明】
[0024]图1是本发明的立体结构示意图；
[0025]图2是本发明夹试件的正视结构示意图；
[0026]图3是本发明的对中调节器结构示意图；
[0027]图4为对中调节器内部示意图。
[0028]图中:1 一压块，2 —支座，3—对中夹板，3a—左对中夹板，3b—右对中夹板，4一劈尖，5 —对中调节器，5a 一上滑动槽口，5b —下滑动槽口，5c —粗调旋钮，5d —细调旋钮，5e —对中调节器固定孔，5f—对中调节器外壳，5g—副粗调旋钮，6—试件，一 7a—上齿条、7b —下齿条，8 —粗调齿轮一，9 一细调齿轮，10 —粗调齿轮二。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述:
[0030]本发明的可调节对中的劈裂法测定岩石抗拉强度实验夹具，主要由压块1、支座2、对中夹板3、对中调节器5构成，压块1设在支座2上，支座2上安放截面为圆形试件6，支座2的内侦U设有对中夹板3，支座2的后侧设有对中调节器5，以控制对中夹板3对圆形试件6两侧进行固定。支座2与压块1相对的底板上对称设有在同一轴线上的劈尖4;所述的对中夹板3包括顶靠在试件6两侧的右对中夹板3a和左对中夹板3b，所述的对中调节器5包括对中调节器外壳5f、对称在对中调节器外壳5f上下两侧的上滑动槽口 5a和下滑动槽口 5b，上下滑动槽口之间间隔设有粗调旋钮5c、细调旋钮5d、副粗调旋钮5g和设在两侧的对中调节器固定孔5e，上滑动槽口 5a内设有上齿条7a，下滑动槽口 5b内设有下齿条7b，上下齿条内啮合有与粗调旋钮5c相连的粗调齿轮一 8、与细调旋钮5d相连的细调齿轮9和与副粗调旋钮5g相连的粗调齿轮二 10，所述右对中夹板3a和左对中夹板3b分别通过穿过连接件槽口的连接销与上下齿条7a、7b连接，两夹板3a、3b距中央劈尖4的距离相等。所述支座2两侧支撑柱垂直于中央劈尖线的侧边布置可供螺栓拧入的孔，两孔以中央劈尖4线为轴对称。对中调节器5通过螺栓穿过安装孔5e安装在支座2的两支撑柱上。粗调齿轮二 10与粗调齿轮一8交替使用，减少磨损。
[0031]本发明的可调节对中的劈裂法测定岩石抗拉强度实验方法，具体步骤如下:
[0032]a.将实验夹具放置在压力试验机的上下压头之间；
[0033]b.将试件6放入实验夹具的支座2中，使圆柱形试件6的轴向方向与中央劈尖4的方向保持一致；
[0034]c.旋动粗调旋钮5c，带动粗调齿轮一 8旋转，使与之啮合的上齿条7a和下齿条7b随粗调齿轮8相对运动并分别带动右对中夹板3a和左对中夹板3b向中央移动夹紧试件6;
[0035]d.启动压力试验机开始进行预加载，直至压力达到700?800N时停止加载。向外旋动细调旋钮(5d)使得右对中夹板(3a)和左对中夹板(3b)与试件(6)不再接触；
[0036]e.启动压力试验机对试件6进行压力加载，直至试件6产生劈裂破坏；
[0037]f.记录破坏载荷，对破坏后的试件进行摄影；
[0038]g移除试样，重复步骤b?f，进行下一个试件6的试验。
【主权项】
1.一种可调节对中的劈裂法测定岩石抗拉强度实验夹具，其特征在于:它包括安放截面为圆形试件(6)的支座(2)、设在支座(2)上的压块(1)，支座(2)的内侧设有对中夹板(3)，支座(2)的后侧设有对中调节器(5)，支座(2)与压块(1)相对的底板上对称设有在同一轴线上的劈尖(4);所述的对中夹板(3)包括顶靠在试件(6)两侧的右对中夹板(3a)和左对中夹板(3b)，所述的对中调节器(5)包括对中调节器外壳(5f)、对称在对中调节器外壳(5f)上下两侧的上滑动槽口(5a)和下滑动槽口(5b)，上下滑动槽口之间间隔设有粗调旋钮(5c)、细调旋钮(5d)、副粗调旋钮(5g)和设在两侧的对中调节器固定孔(5e)，上滑动槽口(5a)内设有上齿条(7a)，下滑动槽口(5b)内设有下齿条(7b)，上下齿条内啮合有与粗调旋钮(5c)相连的粗调齿轮一 (8)、与细调旋钮(5d)相连的细调齿轮(9)和与副粗调旋钮(5g)相连的粗调齿轮二 (10)，对中调节器(5)通过螺栓穿过安装孔(5e)安装在支座(2)的两支撑柱上。2.根据权利要求1所述夹具的可调节对中的劈裂法测定岩石抗拉强度实验方法，其特征在于包括如下步骤: a.将实验夹具放置在压力试验机的上下压头之间； b.将试件(6)放入实验夹具的支座(2)中，使圆柱形试件(6)的轴向方向与中央劈尖(4)的方向保持一致； c.旋动粗调旋钮(5c)，使对右对中夹板(3a)和左对中夹板(3b)向中央移动夹紧试件(6)； d.启动压力试验机开始进行预加载，直至压力达到700?800N时停止加载，向外旋动细调旋钮(5d)使得右对中夹板(3a)和左对中夹板(3b)与试件(6)不再接触； e.启动压力试验机对试件(6)进行加载，直至试件(6)产生劈裂破坏； f.记录破坏载荷，对破坏后的试件进行摄影； g移除试样，重复步骤b?f，进行下一个试件(6)的试验。
【专利摘要】本发明公开的一种可调节对中的劈裂法测定岩石抗拉强度实验夹具及方法，夹具包括支座、压块，支座的内侧设有对中夹板，支座的后侧设有对中调节器，支座与压块相对的底板上对称设有在同一轴线上的劈尖；对中夹板包括顶靠在试件两侧的右对中夹板和左对中夹板，对中调节器外壳上粗调旋钮对应控制粗调齿轮，细调旋钮对应细调齿轮。调节齿条分上下两个，中间布置粗调齿轮和平衡齿轮与上下齿条啮合，细调齿轮与粗调齿轮啮合。齿条通过伸出槽口的连接短杆与对中夹板连接。齿轮齿条的啮合带动对称布置的对中夹板调整试件的对中位置，定位精度高，操作安全简单，保证实验过程中试件的受力状态严格符合要求，使用寿命长。
【IPC分类】G01N3/04, G01N3/08
【公开号】CN105445101
【申请号】CN201510772876
【发明人】张益东, 张明磊, 程亮, 张猛, 张春喜, 崔满堂, 彭献清
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月12日