本发明属于岩石力学或材料测试领域，尤其涉及一种适用于脆性材质试件（岩石、混凝土等）直接拉伸试验的免粘贴压拉转换装置及相应的试验方法。
背景技术：
岩石、混凝土是基础设施建设中常见的材料。这两类材料均具有良好的抗压性能，但脆性强，抗拉强度低，因而，准确地测定该类材料的抗拉强度对合理确定设计参数，对避免工程结构的脆性灾难性破坏具有极其重要的作用。
目前测定岩石抗拉强度的试验方法主要有两类：间接法和直接法。间接法是在一定简化假设的条件下，利用不同形状的试件，通过对试件内部受力情况的分析，间接地获取被测材料的抗拉强度，如巴西圆盘劈裂法、三点弯曲梁法等。该类方法虽然操作简便，但由于受力状态复杂、涉及的理想化假设较多，因而对试件形状、边界条件、加载形式等较敏感，测试结果通常变异性较大，测得的抗拉强度参数与直接法并不一致。传统的直接拉伸法通常直接采用试验机对试件施加拉力，通过试件断裂时的荷载计算得到材料的抗拉强度。该类方法存在两个方面的难点：一是要求测试截面上产生均匀的应力，因此对试件轴线和试验机施加的拉力方向要求完全一致，这一点很难做到且难以量化评估；二是脆性材料难以夹持，极易在两端夹具与试件相互作用处产生应力集中，导致试验失败。
为了解决直接拉伸试验中存在的难点，提高其简便性、可重复性和准确性，相关领域的研究人员提出了多种方法。如山东大学张强勇等（专利号：201310289705.5，201310507021.8）研制了套筒粘接的岩石直接拉伸试验装置，包括粘接套筒、黏接对中装置和拉伸对中装置，可基本消除岩石试件黏接过程中的偏心和拉伸过程中的偏心。同济大学夏才初等（专利号：200510111986.0）发明了一种用于岩石试样直接拉伸试验的压拉转换器，可以将压力转换为压力，从而可以利用压力机开展直接拉伸试验，大大降低了开展直接拉伸试验的难度（压力机保有量显著高于万能机），但试件仍需粘贴在试验装置上，且不便于直接观察测量。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种用于岩石直接拉伸试验的免粘试验装置及方法，本发明克服了现有实验方法中由于岩石脆性强，采用粘接方式进行连接试验时通常会因为粘接强度不够、粘接剂厚度不匀或端头掉皮而导致试验失败的缺陷；本发明通过采用上、下基座来固定安装脆性材质试件，不需用高强胶粘接，在试验机对装置施加压力时，内支架及通过焊接封闭的上拉头不动，外支架向下移动，带动下拉头对脆性材质试样产生直接拉伸，便于直观观察、测量，在拉伸过程中，上下拉头通过小幅度地转动来消除试件拉伸过程中的偏心。由此即可将万能试验机的压力转化成拉力，实现对岩石等脆性材质试件的直接拉伸。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于岩石直接拉伸试验的免粘试验装置，包括外支架和内支架，外支架和内支架通过内支架支柱安装孔与内支架支柱套接在一起，外支架包括平行设置的外支架上板和外支架下板，外支架上板和外支架下板之间垂直外支架上、下板安装有外支架支柱，外支架下板上设有内支架支柱安装孔，外支架下板的上表面的中心位置处设有下拉头安装孔洞；内支架包括平行设置的内支架上板和内支架下板，内支架上板和内支架下板之间垂直内支架上、下板安装有内支架支柱，内支架支柱与内支架支柱安装孔相对应，内支架上板下表面的中心位置处设有上拉头安装孔洞；
下拉头安装孔洞内安装有下拉头，上拉头安装孔洞内安装有上拉头，上拉头通过螺栓固定安装在上基座上，下拉头通过螺栓固定安装在下基座上，上基座和下基座之间安装脆性材质试件，脆性材质试件的两头与上基座和下基座接触部分设有柔性垫层。
本发明进一步限定的技术方案是：
优选地，前述上拉头和下拉头均包括一个椭球体的固定部连接一个扁圆柱体的安装部。
优选地，前述外支架上板和外支架下板之间呈中心对称分布安装三根外支架支柱。
优选地，前述内支架上板和内支架下板之间呈中心对称分布安装三根内支架支柱，三根内支架支柱与外支架下板上所设三根内支架支柱安装孔相对应。
优选地，前述上拉头的固定部安装在椭球形的上拉头安装孔洞中，下拉头的固定部安装在椭球形的下拉头安装孔洞中。上拉头和下拉头均可在孔洞内部自由转动，以消除可能存在的对心偏差，避免造成偏拉。
优选地，前述柔性垫层由柔性材料制成，前述柔性垫层由橡胶质柔性材料制成，以消除应力集中造成的不利影响。
进一步的，
本发明还提供了一种用于岩石直接拉伸试验的免粘试验方法，包括如下具体步骤：
（一）外支架下板中心位置处预留有不完全封闭的椭球形的下拉头安装孔洞，将下拉头的固定部安装在其内，同理将上拉头安装在内支架上板内侧中心位置处的不完全封闭的椭球形的上拉头安装孔洞内；之后将外支架上板和外支架下板通过外支架支柱焊接组合成一个整体；内支架支柱穿过外支架下板上的内支架支柱安装孔，再将内支架上板和内支架下板通过内支架支柱焊接组合成内支架；
（二）打开上基座和下基座，将哑铃型的脆性材质试件的两端安装在覆盖有柔性垫层的上、下基座内，拧紧紧固螺栓进行固定；
（三）将上基座和下基座分别通过螺栓固定在上拉头和下拉头的安装部，并将上述安装好试件的装置整体安装在万能试验机上，并将外支架和内支架与试验机机座同轴心调整好；
（四）利用万能试验机对该装置的外支架施加压力，内支架及上拉头则固定不动，外支架向下移动，带动下拉头对试样产生直接拉伸，达到对岩石直接拉伸的试验目的。
本发明的有益效果是：
本发明实验中在安装岩石等脆性材质试样时，通过上下基座固定，不需用高强胶粘接，在万能试验机对该装置施加压力时，内支架及上拉头不动，外支架向下移动，带动下拉头对试样产生直接拉伸，由此即可将万能试验机的压力转化成拉力，实现对岩石等脆性材质试件的直接拉伸。该装置及对应的试验方法操作简便，对试验机要求低，便于观察测试，尤其是无需胶粘，避免了粘接试件的繁琐操作和粘接断裂、端部掉皮等极易导致试验失败的因素，大大提高了直接拉伸试验的简便性和成功率。
附图说明
附图1为本发明拉压转换装置结构示意图；
附图2为三支柱外支架的外形图；
附图3为三支柱内支架的外形图；
附图4为上拉头的外形图；
附图5为下拉头的外形图；
附图6为上基座的外形图；
附图7为下基座的外形图；
其中，1-外支架，101-外支架上板，102-外支架下板，103-外支架支柱，104-内支架支柱安装孔，105-下拉头安装孔洞，2-上拉头，3-脆性材质试件，4-柔性垫层，5-内支架，501-内支架上板，502-内支架下板，503-内支架支柱，504-上拉头安装孔洞，6-上基座，7-下基座，8-下拉头。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种用于岩石直接拉伸试验的免粘试验装置，如图1所示，包括外支架1和内支架5，如图2所示，外支架1和内支架5通过内支架支柱安装孔104与内支架支柱503套接在一起，外支架1包括平行设置的外支架上板101和外支架下板102，外支架上板101和外支架下板102之间垂直外支架上、下板安装有外支架支柱103，外支架下板102上设有内支架支柱安装孔104，外支架下板102的上表面的中心位置处设有下拉头安装孔洞105；如图3所示，内支架5包括平行设置的内支架上板501和内支架下板502，内支架上板501和内支架下板502之间垂直内支架上、下板安装有内支架支柱503，内支架支柱503与内支架支柱安装孔104相对应，内支架上板501下表面的中心位置处设有上拉头安装孔洞504；下拉头安装孔洞105内安装有下拉头8，上拉头安装孔洞504内安装有上拉头2，上拉头2通过螺栓固定安装在上基座6上，下拉头8通过螺栓固定安装在下基座7上，上基座6和下基座7之间安装脆性材质试件3，脆性材质试件3的两头与上基座6和下基座7接触部分设有柔性垫层4。
如图4、5、6、7所示，，前述上拉头2和下拉头8均包括一个椭球体的固定部连接一个扁圆柱体的安装部。前述外支架上板101和外支架下板102之间呈中心对称分布安装三根外支架支柱103。前述内支架上板501和内支架下板502之间呈中心对称分布安装三根内支架支柱503，三根内支架支柱503与外支架下板102上所设三根内支架支柱安装孔104相对应。前述上拉头2的固定部安装在椭球形的上拉头安装孔洞504中，下拉头8的固定部安装在椭球形的下拉头安装孔洞105中。上拉头和下拉头均可在孔洞内部自由转动，以消除可能存在的对心偏差，避免造成偏拉。前述柔性垫层4由柔性材料制成，前述柔性垫层由橡胶质柔性材料制成，以消除应力集中造成的不利影响。
实施例2
本实施例提供了一种用于岩石直接拉伸试验的免粘试验方法，包括如下具体步骤：
（一）外支架下板102中心位置处预留有不完全封闭的椭球形的下拉头安装孔洞105，将下拉头8的固定部安装在其内，同理将上拉头2安装在内支架上板501内侧中心位置处的不完全封闭的椭球形的上拉头安装孔洞504内；之后将外支架上板101和外支架下板102通过外支架支柱103焊接组合成一个整体；内支架支柱503穿过外支架下板102上的内支架支柱安装孔104，再将内支架上板501和内支架下板502通过内支架支柱503焊接组合成内支架5；
（二）打开上基座6和下基座7，将哑铃型的脆性材质试件3的两端安装在覆盖有柔性垫层4的上、下基座内，拧紧紧固螺栓进行固定；
（三）将上基座6和下基座7分别通过螺栓固定在上拉头2和下拉头8的安装部，并将上述安装好试件的装置整体安装在万能试验机上，并将外支架1和内支架5与试验机机座同轴心调整好；
（四）利用万能试验机对该装置的外支架1施加压力，内支架5及上拉头2则固定不动，外支架1向下移动，带动下拉头8对试样产生直接拉伸，达到对岩石直接拉伸的试验目的。
本实施例中在安装岩石等脆性材质试样时，通过上下基座固定，不需用高强胶粘接，在万能试验机对该装置施加压力时，内支架及上拉头不动，外支架向下移动，带动下拉头对试样产生直接拉伸，由此即可将万能试验机的压力转化成拉力，实现对岩石等脆性材质试件的直接拉伸。该装置及对应的试验方法操作简便，对试验机要求低，便于观察测试，尤其是无需胶粘，避免了粘接试件的繁琐操作和粘接断裂、端部掉皮等极易导致试验失败的因素，大大提高了直接拉伸试验的简便性和成功率。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。