[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

技術領域

本發明涉及一種土體斷裂試驗裝置及方法，屬于土體斷裂試驗技術領域，尤其涉及一種土體拉伸型、剪切型、拉伸與剪切復合型以及壓縮與剪切復合型破壞的試驗方法及試驗裝置，具體涉及一種土體二維斷裂試驗方法及試驗裝置。

背景技術

土體因裂縫擴展引起的破壞問題是很多土工結構破壞的重要原因之一。盡管土體的斷裂破壞問題已被學術界和工程界普遍認可，但是人們對土體斷裂破壞問題的研究仍然很不夠，許多關鍵科學問題尚未解決。

根據裂紋受力情況與裂紋面的位移方式，裂紋分為三種基本類型：I型(張開型)、II型(剪切型)和III型(撕裂型)。研究發現土體中不存在III型(撕裂型)斷裂破壞形式。在實際土工構筑物中，將土體裂縫擴展的應力狀態限制為純拉力(即I型)或純剪力(即II型)狀態是不合理的，多數情況下是拉力與剪力并存狀態(簡稱為拉剪力狀態)、或者是壓力與剪力并存狀態(簡稱為壓剪力狀態)。本發明主要涉及拉伸與剪切復合型(簡稱拉剪型)以及壓縮與剪切復合型(簡稱壓剪型)破壞的方法和試驗裝置的研究，同時本發明還能實現拉伸型和剪切型破壞研究。

室內試驗是研究土體裂縫問題最基礎、最主要的方法，研究土體I型斷裂破壞的試驗方法較多，主要是三點彎曲試驗、緊湊型拉伸試驗、厚壁圓筒試樣環形試驗和圓柱形試樣徑向壓裂試驗等，還有一些針對重力問題改進的試驗裝置，研究土體II型斷裂破壞性狀的試驗方法主要是非對稱四點彎曲試驗，而土體的復合型斷裂破壞幾乎無人研究。

對于邊裂縫及中心裂縫試樣，拉剪型和壓剪型荷載施加需要兩套獨立的加載系統，比較復雜。此外，為得到任意作用角度范圍內應力與試樣應力變化及開裂狀態的關系，以上方法在操作過程中必然需要進行數量龐大的試驗，通過對壓力與剪力進行細致的調整配合，得到所需數值與作用角度的壓剪合力。同時，即使如此，實際操作中仍難以得到具有較好連續分布特性的壓剪合力與土樣應變及臨界應力關系。目前，壓剪型、拉剪型等斷裂破壞問題都需要獨立不同的試驗裝置研究，不便于各類型斷裂問題之間的比較研究。

發明內容

本發明針對拉剪型和壓剪型荷載施加需要兩套獨立加載系統的試驗方法存在不足和對同時實現不同類型斷裂問題研究的需要，本發明設計新的土體二維斷裂試驗方法及試驗裝置，對于研究土體壓剪型、拉剪型、拉伸型和剪切型斷裂破壞問題有著十分積極的意義。

本發明主要涉及壓剪型、拉剪型、拉伸型和剪切型四種土體斷裂類型的試驗，其中拉剪型施加在土體試樣的拉剪力分解為垂直于重力方向的剪力和平行于重力方向且與重力方向相反的拉力，同樣壓剪型試驗施加在土體試樣的壓剪力可分為可分解為垂直于重力方向的剪力和平行于重力方向且與重力方向相同的壓力。

(1)拉剪型斷裂試驗原理：同時向試樣預制裂縫所在平面施加切向剪力和法向拉力，并保持在試驗過程中剪力和拉力的合力作用方向保持不變，直至試樣破壞。

(2)壓剪型斷裂試驗原理：同時向試樣預制裂縫所在平面施加切向剪力和法向壓力，并保持在試驗過程中剪力和壓力的合力作用方向保持不變，直至試樣破壞。

本發明的二維斷裂試驗方法，包括以下步驟內容：

(1)試驗制備，制備長方體試樣，所述試樣的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和加載板II分別組合好，將試樣兩端的安裝孔分別安裝到加載板I的試樣固定孔I與加載板II的試樣固定孔II上。所述加載板I與加載板II在同一平面上放置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和加載桿II分別安裝在加載桿安裝孔I和加載桿安裝孔II上，然后安裝到動力加載裝置上。加載桿I和加載桿II始終保持在同一直線上。

(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，加載方式決定了加載速率。

(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和加載板II施加荷載，檢測試樣所受的荷載及產生的變形。對加載板I和加載板II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。