[發(fā)明專利]土體二維斷裂試驗方法及試驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610049567.7
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105486583B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王俊杰;張鈞堂;張慧萍;梁越;劉明維
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶交通大學(xué)
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/24
• 代理公司: 重慶大學(xué)專利中心50201
• 代理人: 王翔

1.一種土體二維斷裂試驗裝置，其特征在于：包括試樣、加載板I（1）和加載板II（2）；所述加載板I（1）和加載板II（2）為完全相同的加載板，共同構(gòu)成加載夾具；

所述試樣是長為H、寬為L和厚為W的長方體，所述長方體L方向的對稱軸開有縫，開縫的方式包括單側(cè)開縫、雙側(cè)開縫或內(nèi)部開縫；并且H方向的兩末端對稱軸均勻開有的孔洞，便于與加載夾具連接；

所述加載板I（1）部件包括夾具主體I（1-1）、加載桿安裝孔I（1-2）、壓剪輔助板I（1-3）、試樣固定孔I（1-4）、試樣夾持板I（1-5）、拉剪輔助板I（1-6）和加載桿I（1-7）；所述加載板II（2）部件包括夾具主體II（2-1）、加載桿安裝孔II（2-2）、壓剪輔助板II（2-3）、試樣固定孔II（2-4）、試樣夾持板II（2-5）、拉剪輔助板II（2-6）和加載桿II（2-7）；

所述夾具主體I（1-1）和夾具主體II（2-1）為相同的夾具主體，均是完整的近似圓環(huán)段的實心體；將一個半同心圓環(huán)體以其直徑進(jìn)行三等分后，兩條等分線與中間環(huán)段體B的內(nèi)弧相交后兩交點所連接的切線，所連接的切線與中間環(huán)段體B的內(nèi)弧構(gòu)成的拱形孔被填充滿，中間環(huán)段體B的一端與相鄰環(huán)段體A的一端銜接，所述相鄰環(huán)段體A的另一端沿垂直于其直徑方向生長一個長度小于其寬度立方體D，以上三個部分形成一個完整整體為所述夾具主體的形狀；

所述加載桿安裝孔I（1-2）和加載桿安裝孔II（2-2）是一致的加載桿安裝孔，均是以內(nèi)側(cè)為一小孔外側(cè)為一大孔構(gòu)成一組，所述加載桿安裝孔以組的形式均勻分布在夾具主體上；

所述壓剪輔助板I（1-3）和壓剪輔助板II（2-3）是相同的壓剪輔助板，均是具有形狀的實心體；所述夾具主體相鄰環(huán)段體A的內(nèi)弧與第一條等分線及等分線垂直的直徑所構(gòu)成的密閉形狀為所述壓剪輔助板的形狀；所述壓剪輔助板的厚度與所述夾具主體的厚度相同；

所述試樣夾持板I（1-5）和試樣夾持板II（2-5）是相同的試樣夾持板，均包括上下兩個部分，分別與所在夾具主體表面形成一個平整表面，在上下兩個部分中間形成凹槽，用于夾持放置試樣；所述試樣夾持板從所述夾具主體中間環(huán)段體B連接的切線處上、下表面生長出來形成矩形薄片，生長出來的邊為短軸邊，長度小于中間環(huán)段體B的線段所形成長軸邊的長度；一短軸邊與壓剪輔助板密切貼合，另一短軸邊在所述夾具主體的第二條等分線上；

所述試樣固定孔I（1-4）和試樣固定孔II（2-4）是一致的試樣固定孔，分別均勻分布在所述試樣夾持板I（1-5）和試樣夾持板II（2-5）的長軸上；所述試樣固定孔I（1-4）和試樣固定孔II（2-4）分別與所述試樣兩端末端孔洞相匹配；

所述拉剪輔助板I（1-6）和拉剪輔助板II（2-6）是相同的拉剪輔助板，均為實心體；所述拉剪輔助板為柱體，下端面為矩形，上端面是從夾具主體中間環(huán)段體B的外弧面生長出來的弧面；所述拉剪輔助板在所述夾具主體中間環(huán)段體B另一端相互銜接，下端面在等分線垂直的直徑上，上端面在中間環(huán)段體B外弧所在的圓面上；所述拉剪輔助板的厚度與所述夾具主體的厚度相同；

所述加載桿I（1-7）和加載桿II（2-7）是相同的加載桿，均為長方體，長方體的一端有兩個凸起，所述凸起與所述加載桿安裝孔I（1-2）和加載桿安裝孔II（2-2）匹配；

所述壓剪輔助板I（1-3）、壓剪輔助板II（2-3）、拉剪輔助板I（1-6）和拉剪輔助板II（2-6）為可拆卸構(gòu)件；

所述試樣的一端通過銷釘與加載板I（1）的試樣固定孔I（1-4）固定，所述試樣的另一端通過銷釘與加載板II（2）的試樣固定孔II（2-4）固定。

2.一種采用如權(quán)利要求1所述裝置的土體二維斷裂試驗方法，其特征在于：所述試驗方法包括以下步驟內(nèi)容；

(1)試樣制備，制備長方體試樣，所述試樣在其中一個軸方向開有縫，開縫的方式包括單側(cè)開縫、雙側(cè)開縫或內(nèi)部開縫；與所述試樣開縫方向垂直的一個軸方向兩端末設(shè)置有安裝孔；

(2)檢測試驗裝置是否存在異常；

(3)根據(jù)不同斷裂試驗類型，將兩個完全一樣加載板I（1）和加載板II（2）分別組合好，將試樣兩端的安裝孔分別安裝到加載板I（1）的試樣固定孔 I（1-4）與加載板II（2）的試樣固定孔 II（2-4）上；所述加載板I（1）與加載板II（2）放置在同一平面上并形成關(guān)于試樣中心對稱的加載夾具；

(4)根據(jù)斷裂試驗所需加載角度，將加載桿I（1-7）和加載桿II（2-7）分別安裝在加載桿安裝孔I（1-2）和加載桿安裝孔II（2-2）上，然后安裝到動力加載裝置上；加載桿I（1-7）和加載桿II（2-7）始終保持在同一直線上；

所述試驗裝置的安裝，試樣由銷釘通過所述試樣固定孔I（1-4）和試樣固定孔II（2-4）分別與所述試樣夾持板I（1-5）和試樣夾持板II（2-5）固定在加載板上，加載桿I（1-7）和加載桿II（2-7）分別固定在加載桿安裝孔I（1-2）和加載桿安裝孔II（2-2）上；所述加載桿I（1-7）和加載桿II（2-7）另一端分別與外部加載動力裝置連接，并始終保持加載桿I（1-7）和加載桿II（2-7）在同一直線上；加載桿I（1-7）和加載桿II（2-7）的啟動和加載方式均由計算機(jī)控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制；

當(dāng)進(jìn)行拉伸與剪切復(fù)合型簡稱拉剪型即“I—II型”斷裂試驗和拉伸型即“I型”斷裂試驗時，需要安裝上拉剪輔助板I（1-6）和拉剪輔助板II（2-6），卸下壓剪輔助板I（1-3）和壓剪輔助板II（2-3）；當(dāng)進(jìn)行壓縮與剪切復(fù)合型簡稱壓剪型即“—I—II型”斷裂試驗和剪切型即“II型”斷裂試驗時安裝上壓剪輔助板I（1-3）和壓剪輔助板II（2-3），卸下拉剪輔助板I（1-6）和拉剪輔助板II（2-6）；

當(dāng)所述加載桿I（1-7）和加載桿II（2-7）均與試樣裂縫角度為90°時，實現(xiàn)拉伸型即“I型”斷裂試驗；當(dāng)加載桿I（1-7）和加載桿II（2-7）均與試樣裂縫角度為0°時，實現(xiàn)剪切型即“II型”斷裂試驗；

所述加載桿I（1-7）和加載桿II（2-7）分別固定在不同組次的加載桿安裝孔I（1-2）和加載桿安裝孔II（2-2）上，可實現(xiàn)加載桿I（1-7）和加載桿II（2-7）與試樣裂縫不同角度的拉剪型即“I—II型”斷裂試驗和壓剪型即“—I—II型”斷裂試驗；

(5)通過計算機(jī)控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)置試驗加載方式，所述加載方式包括應(yīng)變控制加載方式及應(yīng)力控制加載方式；

(6)通過計算機(jī)控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)啟動推力提供裝置，給加載板I（1）和加載板II（2）施加荷載，檢測試樣所受的荷載及產(chǎn)生的變形；對加載板I（1）和加載板II（2）所施加為反向、等大、共線的荷載；

(7)試樣破壞后，停止加載，對試驗現(xiàn)象進(jìn)行記錄并保存試驗數(shù)據(jù)；

(8)拆除試樣并將試驗裝置拆卸。