一種利用多滾珠子平衡偏心距的巖石直接拉伸實驗裝置的製作方法

2023-07-26 10:44:06

本實用新型涉及巖石直接拉伸實驗技術領域，特別是涉及一種利用多滾珠子平衡偏心距的巖石直接拉伸實驗裝置。

背景技術：

由於巖石是非均質材料，內多含有微裂隙、空隙等缺陷，所以使得巖石抗拉強度遠低於抗壓強度。而抗拉破壞是工程巖體和自然巖體的主要破壞形式之一。由於地下工程巖體處於三向應力狀態，實際工程中，圍巖可能處於兩向受壓一向受拉的應力狀態，因此不僅需要研究巖石的受壓特徵更要研究巖石受拉狀態下的強度特徵。

目前國際上巖石抗拉強度相關實驗的研究相對較少，使用最多的方法是巴西劈裂法和點載荷法等間接方法，對於劈裂試驗，許多國際上的專家、學者並不認為試驗所得結果是其真實的抗拉強度，不同的間接方法使用原理各不相同，因此所得實驗結果也不盡相同，使試驗得出的抗拉強度結果與真實值存在較大誤差，一些強度較弱的巖石試件甚至在實驗中直接潰碎，導致試驗失敗。直接單向拉伸試驗是將巖石加工成棒狀，並利用巖石試件的端面或兩端與試驗機夾具之間的黏聚力或摩擦力對巖石試件直接施加拉力來測試巖石抗拉強度的一種方法，該實驗要求所施加的拉力必須與巖石試件同軸心線。否則，就會出現巖石試件與夾具脫落，或出現偏心載荷，使試件的破壞斷面不垂直於巖石試件軸心，導致實驗失敗。鑑於此，本專利利用若干滾珠子的萬向滾動特性實現了拉伸實驗拉力與巖石試件軸心線在一條直線上，提高了直接拉伸實驗的準確性和成功率。

技術實現要素：

針對現有技術存在的不足，本實用新型提供了一種利用多滾珠子平衡偏心距的巖石直接拉伸實驗裝置，通過添加萬向球、滾珠子以及傳力板來解決上述背景技術中提出的問題，本實用新型使用方便，便於操作，穩定性好，可靠性高，易於實現實驗目的。

為了實現上述目的，本實用新型是通過如下的技術方案來實現一種利用多滾珠子平衡偏心距的巖石直接拉伸實驗裝置，所述巖石試件直接拉伸裝置由套筒、傳力板、萬向球、飛機鋼索、若干滾珠子、套帽組成，所述套筒自然地沿豎直方向布置，所述套筒端蓋設有中心孔，所述傳力板置於套筒內部並平行於水平面進行布置，所述傳力板中部設有半球形凹槽，所述傳力板凹槽貫穿傳力板橫向平面，所述萬向球鑲嵌於傳力板半球形凹槽內，所述飛機鋼索與萬向球剛性連接，所述飛機鋼索依次穿過傳力板凹槽、套筒端蓋中心孔，所述若干滾珠子均勻置於傳力板與套筒端蓋之間，所述套帽上端部設有略大於萬向球的半球形凹槽，所述套帽上端部半球形凹槽在工作時不與萬向球接觸，所述套筒下端部設有巖石試件接口，所述該裝置分為上、下相同的兩個，組成一套。

進一步地，所述套帽與套筒通過螺紋連接，將傳力板與滾珠子封閉在套筒內，使傳力板在較小空間內橫向移動或轉動。

進一步地，所述所述飛機鋼索外端頭與拉力裝置相連。

進一步地，所述套帽下端部試件接口與待測的巖石式樣利用高強度結構膠相連。

進一步地，所述套筒端蓋中心孔內直徑D與飛機鋼索斷面直徑d之差應小於等於滾珠子球體半徑r。公式所述：(D-d)＜＝r。

本實用新型具有下列優點和效果：本實用新型的一種利用多滾珠子平衡偏心距的巖石直接拉伸實驗裝置，可使巖樣試件軸心線不需與裝置軸心線嚴格對中就可完成實驗並得到所需數，另外，傳力板與套帽端蓋之間有若干滾珠子，使滾珠子與傳力板、滾珠子與套帽端蓋之間實現多點接觸，多個滾珠子同時受豎向擠壓力，增大了載荷傳遞的接觸面積，避免實驗拉伸裝置由於應力過於集中而導致實驗裝置變形和損壞，減少了經濟損失，使本實驗裝置可以實現更大的載荷傳遞，因此適用於更高強度的巖石直接拉伸試驗，隨著拉力F的增大傳力板會通過滾珠子滾動而產生橫向平移，自動對中，實現無偏心拉伸，由於此裝置不需人為進行嚴格對中，所以可以克服實驗裝置與巖樣試件軸心線重合困難的問題，實現無偏心拉伸，本實用新型使用方便，便於操作，穩定性好，可靠性高，易於實現實驗目的。定性好，可靠性高。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本實用新型的其他特徵、目的和優點將會變得更明顯：

圖1為本實用新型一種利用多滾珠子平衡偏心距的巖石直接拉伸實驗裝置的示意圖；

圖2為本實用新型一種利用多滾珠子平衡偏心距的巖石直接拉伸實驗裝置的成組結構示意圖；

圖中，1-帶萬向球的飛機鋼索，2-套筒，3-滾珠子，4-傳力板，5-套帽，6-待測巖石試件。

具體實施方式

為使本實用新型實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本實用新型。

結合圖1所示，一種巖石試件直接拉伸裝置，包括套筒2、傳力板4、帶萬向球的飛機鋼索1、若干滾珠子3和套帽5組成，傳力板4置於套筒2內，若干滾珠子3均勻置於傳力板4和套筒2端蓋之間，帶萬向球的飛機鋼索1依次穿過傳力板4的半球形凹槽和套筒2端蓋中心孔外接拉力裝置，套帽5上端部外螺紋與套筒2內螺紋旋緊，將傳力板4與滾珠子3封閉在套筒內，使傳力板4在較小空間內橫向移動或轉動，待測巖石試件6與套帽5下端部試件接口通過高強度結構膠粘結。需要說明的是，所述裝置各組件均為高強度鋼材料製成。

具體實施方式：在進行實驗前，實驗人員進行巖樣製作與處理，按照巖石力學試驗規程加工成標準圓柱形或立方體巖石試件6，巖石試件6兩端面和靠近兩端面的側面用脫脂藥棉蕉四氯化碳反覆清洗後風乾，待用，實驗準備過程中對套帽5下端部試件接口進行預處理，首先用細砂紙輕輕打磨試件接口，再用脫脂藥棉蕉四氯化碳反覆清洗後風乾，然後實驗人員組裝實驗裝置，首先將帶萬向球的飛機鋼索1依次穿過傳力板4的半球形凹槽和套筒2端蓋的中心孔，與此同時安放好套筒端蓋與傳力板之間的滾珠子3，然後將套帽5與套筒2通過螺紋連接好，最後將巖石試件6與套帽5下端部巖石試件6接口用高強度結構膠粘結，並進行自然豎直懸空放置至完全固結，待巖石試件6與套帽5下端部試件接口固結好後實驗人員對實驗裝置進行一遍整體檢查，如有問題實驗人員及時矯正，在確定裝置安裝正確後，啟動巖石試驗機並對巖石試件6緩緩施加軸向拉伸載荷直到巖樣破壞，從而完成拉伸試驗。

以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特徵和本實用新型的優點，對於本領域技術人員而言，顯然本實用新型不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本實用新型的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本實用新型。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本實用新型的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本實用新型內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。