专门的加载夹具通过精确地将实验室压力机的垂直压缩力转化为集中在石灰石圆盘中心处的径向拉应力，从而确保巴西劈裂试验结果的有效性。由于直接对岩石进行拉伸试验在实践中非常困难，因此这些夹具能够进行受控的间接测量，从而准确确定抗拉强度——这是分析岩石剪切抗拉强度所必需的参数。
核心要点：石灰石的直接拉伸试验在机械上很复杂，并且容易出现实验误差。专用夹具通过利用“间接法”来解决这个问题，即施加压缩力以在试样中心产生拉力，从而获得准确的稳定性数据。
巴西试验的力学原理
将压缩力转化为拉力
实验室压力机提供垂直压缩力。专用夹具的设计旨在将这种向下的压力机械地转化为岩石试样内的侧向力。这种转换使得压缩机能够测试拉伸破坏。
瞄准圆盘中心
夹具的几何形状确保应力不会均匀分布在整个表面上。相反，力会在圆盘试样中心产生径向拉应力。这种局部化对于引发与理论模型一致的有效劈裂是必要的。
为什么间接测试对石灰石至关重要
克服直接测试的局限性
直接拉伸试验——即字面上抓住岩石并将其拉开——被描述为极难可靠地实施。夹持机构和样品制备方面的问题常常导致直接测试结果无效。巴西试验夹具完全绕过了这些物理限制。
测量关键薄弱点
石灰石等岩石材料的抗拉强度显著低于其抗压强度。识别这个较低的阈值对于安全和稳定性计算至关重要。专用夹具使工程师能够在不受压缩破坏模式干扰的情况下，隔离和测量这个特定的弱点。
理解权衡
依赖间接计算
需要认识到这是一种间接方法。抗拉强度不是由传感器直接测量的，而是根据压力机施加的垂直压力的大小推导出来的。结果的有效性在很大程度上取决于力的转换在理论上是完美的假设。
夹具精度的关键性
由于该方法依赖于力的转换，夹具本身是唯一的故障点。如果专用夹具未能完美施加载荷以在中心产生径向应力，则由此计算出的抗拉强度将不准确。
为您的目标做出正确的选择
为确保您的实验室结果能有效地转化为实际应用，请考虑您打算如何使用这些数据。
- 如果您的主要重点是获取基本的材料特性：将这些夹具作为获取准确抗拉强度数据的主要行业标准。
- 如果您的主要重点是剪切抗拉强度分析：确保您的测试规程严格遵守夹具对齐标准，因为这个抗拉强度参数是您更广泛的强度计算的关键输入。
专用夹具是使标准压缩设备能够精确测量岩石最脆弱特性的工程桥梁。
总结表：
| 特性 | 直接拉伸试验 | 巴西劈裂试验（带夹具） |
|---|---|---|
| 机制 | 物理拉伸试样 | 压缩到拉力的间接转换 |
| 实施 | 极其困难且易出错 | 标准化且可重复 |
| 力聚焦 | 横截面均匀分布 | 圆盘中心集中径向应力 |
| 主要目标 | 直接测量 | 测量关键剪切抗拉强度 |
| 精度依赖性 | 夹持机构质量 | 加载夹具几何形状和对齐 |
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参考文献
- Antong Wan, Huiguo Zhang. Analysis of the influence of shear-tensile resistance and rock-breaking effect of cutting holes. DOI: 10.1038/s41598-024-55640-2
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
