一种岩石试样围压施加试验装置的制作方法

本实用新型涉及岩石力学试验技术领域，具体涉及一种新型岩石试样围压施加试验装置及试验方法。

背景技术：

岩土工程领域，岩石力学试验是进行相关科研工作的基础。而岩石力学试验需要用到多种岩石力学试验机，其中岩石常规三轴试验仪价格较昂贵，且一般常规三轴压缩试验仪设备复杂，不易操作。另外，采用常规三轴试验仪过程中高强度硬岩受压破坏时岩块的瞬时弹射对试验人员伤害；在研究含水率对岩石力学性能的影响试验过程中，岩石试样含水率的变化不能得到更准确的试验结果，从而影响试验效果。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种岩石试样围压施加试验装置，采用预应力高强碳纤维布缠绕岩石试样，通过气动拉紧器连接气泵空压机对岩石试样施加围压和轴向压力，可避免高强度硬岩受压破坏时岩块的瞬时弹射对试验人员的伤害，可减小试验过程中岩石试样含水率的变化；能够准确获取试验结果，实现利用岩石单轴试验机对岩石试样做常规岩石三轴压缩试验。

本实用新型是通过下述技术方案来实现的。

本实用新型提供了一种岩石试样围压施加试验装置，包括岩石试样围压装置、气动拉紧器、气泵空压机和计算机；所述岩石试样围压装置的高强碳纤维布包裹岩石试样，高强碳纤维布连接气动拉紧器，气动拉紧器连接气泵空压机，计算机分别连接岩石试样围压装置和气动拉紧器。

作为本实用新型优选的技术方案，所述岩石试样围压装置包括底座、上、下柱状钢座、密封套、高强碳纤维布和自锁式锚具，所述下柱状钢座固定于底座上，通过自锁式锚具同轴连接上柱状钢座。

作为本实用新型优选的技术方案，所述自锁式锚具包括橡皮密封套、高强碳纤维布和一对杆状锚头，橡皮密封套分别套在上柱状钢座、岩石试样和下柱状钢座上，高强碳纤维布包裹岩石试样外周的橡皮密封套，并连接至气动拉紧器。

作为本实用新型优选的技术方案，高强碳纤维布包裹岩石试样穿过自锁式锚具之间的缝隙一端固定于高强碳纤维布外周上，另一端连接至气动拉紧器。

作为本实用新型优选的技术方案，所述杆状锚头两端截面为正方形，中部杆的截面为圆形，锚头中部杆的长度长于岩石试样的高度。

作为本实用新型优选的技术方案，所述上、下柱状钢座与岩石试样的中心轴线重合。

作为本实用新型优选的技术方案，岩石试样外侧面贴有连接至计算机的测压片。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

本实用新型利用高强碳纤维布具有轻质，抗拉强度高，弹性模量高等优点，采用预应力高强碳纤维布对岩石试样施加围压，对受到围压后的岩石试样在0.002mm/s速率下加载轴向压力，不会造成高强度硬岩受压破坏时岩块的弹射，并且不会对包裹岩石试样高强碳纤维布损坏；此装置亦可用于岩石单轴压缩试验，由于碳纤维布的包裹，避免了高强度硬岩受压破坏时岩块的瞬时弹射对试验人员的伤害；在研究含水率对岩石力学性能的影响中，此装置可减小试验过程中岩石试样含水率的变化；该试验装置实用性强，应用前景广阔。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：

图1为本实用新型的示意图；

图2为本实用新型的自锁式锚具示意图。

其中，1-岩石试样，2-上柱状钢座，3-下柱状钢座，4-底座，5-测压片，6-计算机，7-橡皮密封套，8-高强碳纤维布，9-第一锚头，10-第二锚头，11-第一螺栓，12-第二螺栓，13-气动拉紧器，14-米风管，15-气泵空压机。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

参考附图1所示，本实用新型实施例给出了一种岩石试样围压施加试验装置，包括岩石试样围压装置、气动拉紧器13、气泵空压机15和计算机6；岩石试样围压装置的高强碳纤维布8包裹岩石试样1，高强碳纤维布8连接气动拉紧器13，气动拉紧器13通过米风管14与气泵空压机15连接，气动拉紧器13与计算机6相连接，并受计算机6控制，控制气动拉紧器13对包裹岩石试样1高强碳纤维布8实施围压，气动拉紧器13具有收紧和放松功能，可在试验过程中维持高强碳纤维布8上的预应力不变。岩石试样围压装置中岩石试样外侧面贴有测压片5，计算机6连接测压片5，用于读取岩石试样所受到的围压，并在试样加载过程中实时监测岩石试样的围压，获取岩石试样受围压情况。

如图2所示，岩石试样围压装置包括岩石试样1、上柱状钢座2、下柱状钢座3、底座4和自锁式锚具，自锁式锚具包括橡皮密封套7、高强碳纤维布8、第一锚头9、第二锚头10、第一螺栓11和第二螺栓12，底座4上由上至下依次同轴设置上柱状钢座2、岩石试样1和下柱状钢座3，岩石试样通过自锁式锚具分别设于上柱状钢座2和下柱状钢座3之间。橡皮密封套7分别套在上柱状钢座2、岩石试样1和下柱状钢座3上，高强碳纤维布8包裹岩石试样1外周的橡皮密封套7并穿过自锁式锚具第一锚头9、第二锚头10之间的缝隙，一端固定于高强碳纤维布外周上，另一端连接至气动拉紧器。

橡皮密封套7具有很好的延展性，橡皮密封套7的内径与上柱状钢座2、下柱状钢座3和岩石试样1的直径相同，橡皮密封套的长度大于锚头圆形截面部分的长度，橡皮密封套7与岩石试样1、上柱状钢座2和下柱状钢座3的外侧壁具有良好的贴合性，在受到预应力高强碳纤维布8提供的径向约束力时与岩石的外侧壁相贴合，无破损。岩石试样1和第一柱状钢座2和第二柱状钢座3的交接处用第一锚头9和第二锚头10以及第一螺栓11和第二螺栓12进行约束连接。

上柱状钢座2、下柱状钢座3均与岩石试样1的中心轴线重合，岩石试样1为圆柱体结构，竖直放置在底座4上，岩石试样1的上端面与下端面平行，上柱状钢座2和下柱状钢座3均为圆柱体结构且直径与岩石试样1的直径相同，且上柱状钢座2和下柱状钢座3均为刚性材质。

第一锚头9和第二锚头10的两端截面形式为正方形，中部截面为圆形，锚头圆形截面部分的长度均长于岩石试样的长度，锚头的重心位置与岩石试样的重心位置在同一水平面上。高强碳纤维布8的抗拉强度可达几千兆帕，其宽度与锚头的圆形截面部分的长度相同。

下面给出实施例岩石试样围压施加试验装置的工作方法，包括以下步骤：

在岩石试样1的中部的适当位置贴上三个测压片5。

将岩石试样1嵌套入橡皮密封套7内，使岩石试样1外侧壁与橡皮密封套7相贴合，上柱状钢座2和下柱状钢座3分别竖直放置于岩石试样1上下两端，并与岩石试样上下端面紧密贴合，岩石试样1上下两端多出的橡皮密封套7分别与上柱状钢座2和下柱状钢座3的外侧壁紧密贴合。

将高强碳纤维布8裁剪为适当的长度，将一端高强碳纤维布翻转并裹住第一锚头9，伸出的部分与下层碳纤维搭接，在搭接的部分刷胶，使胶体浸透，待胶体凝固后，将纤维布环绕岩石试样1一周，并绕过第二锚头10，将高强碳纤维布伸出的部分穿过气动拉紧器13的穿带口，用第一螺栓11和第二螺栓12将第一锚头9和第二锚头10锚紧；通过计算机6启动气动拉紧器13，当岩石试样所受到的围压达到预定值时，停止张拉。

将上述得到的岩石试样1放到岩石单轴压缩机上，并按一定0.002mm/s速率加载轴向压力直至岩石试样1破坏，加载过程中气动拉紧器13处于工作状态以维持高强碳纤维布8的预应力值，以使岩石试样1受到的围压恒定。

计算机获取岩石试样受到的围压和轴向压力，得到准确的试验结果。

本实用新型采用的高强碳纤维布可以是cdhj-ⅰ-200，该高强碳纤维布抗拉强度高达3556mpa，弹性模量高达2.41×10⁵mpa。采用具有预应力的高强碳纤维布对岩石试样施加围压，可避免高强度硬岩受压破坏时岩块的瞬时弹射对试验人员的伤害，可减小试验过程中岩石试样含水率的变化；能够准确获取试验结果。

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。