[發明專利]土體二維斷裂試驗方法及試驗裝置

有效

• 申請號: 201610049567.7
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105486583B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 王俊杰;張鈞堂;張慧萍;梁越;劉明維
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/24
• 代理公司: 重慶大學專利中心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開縫、雙側開縫或內部開縫；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段的實心體；將一個半同心圓環體以其直徑進行三等分后，兩條等分線與中間環段體B的內弧相交后兩交點所連接的切線，所連接的切線與中間環段體B的內弧構成的拱形孔被填充滿，中間環段體B的一端與相鄰環段體A的一端銜接，所述相鄰環段體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，均是以內側為一小孔外側為一大孔構成一組，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段體A的內弧與第一條等分線及等分線垂直的直徑所構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開縫、雙側開縫或內部開縫；與所述試樣開縫方向垂直的一個軸方向兩端末設置有安裝孔；

(2)檢測試驗裝置是否存在異常；

(3)根據不同斷裂試驗類型，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于試樣中心對稱的加載夾具；

(4)根據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控制及數據采集系統控制；

當進行拉伸與剪切復合型簡稱拉剪型即“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）；當進行壓縮與剪切復合型簡稱壓剪型即“—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，實現拉伸型即“I型”斷裂試驗；當加載桿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)通過計算機控制及數據采集系統設置試驗加載方式，所述加載方式包括應變控制加載方式及應力控制加載方式；

(6)通過計算機控制及數據采集系統啟動推力提供裝置，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，對試驗現象進行記錄并保存試驗數據；

(8)拆除試樣并將試驗裝置拆卸。