[實用新型]一種非飽和土斷裂韌度測試儀

有效

• 申請號: 201820372352.3
• 申請日: 2018-03-19
• 公開（公告）號: CN208026567U
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 廖紅建;康孝森;寧春明;張家豪;伏映鵬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種非飽和土斷裂韌度測試儀，包括試驗臺，試驗臺上設置有密閉壓力室和可控電機，密閉壓力室接空氣壓縮機，密閉壓力室內置承臺、陶土板和壓力膜，承臺上設置有能前后滑動的前檔桿和固定的后擋桿，試樣位于前檔桿和后擋桿間，密閉壓力室頂蓋下設置有朝向試樣的高速攝像機，可控電機的輸出接螺旋桿，螺旋桿接套桿，套桿接一號連接桿，一號連接桿與二號連接桿連接且連接處設置力傳感器，二號連接桿穿過壓力室的前側壁抵觸在前檔桿上，密閉壓力室的前側壁內部設置有位移傳感器，本實用新型還提供了相應的測試方法，本實用新型通過控制壓力室氣壓恒定實現試樣基質吸力恒定，并實時捕捉裂端，采用水平加載方式克服土樣自重對測試結果的影響。

技術領域

本實用新型屬于巖土工程中非飽和土體斷裂特性測試技術領域，特別涉及一種非飽和土三點彎試驗測試斷裂韌度測試儀。

背景技術

我國黃土地區面積約6.31×10⁵m²，占國土面積的6.6％。現場測量結果表明黃土地區廣為分布的黃土邊坡坡頂和坡體內部中存在著大量不同規模和尺度的裂縫，這些裂縫的存在直接影響到了黃土邊坡穩定性。黃土地區地質構造活動和地下水超采引起的地裂縫擴展也是目前西安地區基礎設施建設所面臨的一大病害。實際上，天然狀態下黃土一般處于非飽和狀態，在人類工程活動或自然營力影響下，非飽和黃土中裂縫經歷了起裂和擴展階段，裂端應變狀態逐步發生變化，土顆粒排列、粒間水膜和飽和度均變化，導致基質吸力也動態變化，而基質吸力直接影響到非飽和黃土斷裂韌度。斷裂韌度是裂縫發生斷裂的臨界值，用于判定黃土中既有裂縫是否發生擴展，當應力強度因子大于這一臨界值，裂縫便擴展而導致非飽和黃土斷裂失穩。而傳統三點彎曲或四點彎曲設備并不能直接用于測試非飽和土斷裂韌度。一方面，傳統斷裂韌度測試采用的是豎向加載，儀器施加的荷載與土體自重荷載方向一致導致測試結果不準確。另一方面，土樣在加載過程中裂端土體處于非飽和狀態，基質吸力隨著荷載增加同步變化，傳統三點彎曲試驗無法控制非飽和土基質吸力，無法用于深入研究非飽和黃土中基質吸力對斷裂韌度的影響機理。若采用傳統測試非飽和黃土斷裂韌度，基質吸力這一本質條件對斷裂韌度的影響效應就無法捕捉。

目前，關于非飽和土的斷裂韌度測試儀缺乏，測試方法和裂縫擴展過程的研究涉及較少。土體斷裂韌度較小，而基質吸力影響很大，對試驗設備的精度要求較高，必須采用高精度傳感器。因此，急需研發可控制機制吸力的非飽和黃土斷裂韌度測試儀和測試方法，用于開展非飽和黃土裂縫擴展機理研究。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種非飽和土斷裂韌度測試儀，在傳統三點彎試驗儀外增加一個剛制壓力室，通過控制壓力室氣壓實現基質吸力恒定，采用PIV技術實時捕捉裂端，采用水平加載方式克服土樣自重對測試結果的影響，通過設置鋼珠減小試驗與承臺摩擦力。

為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：

一種非飽和土斷裂韌度測試儀，包括試驗臺1，試驗臺1上設置有密閉壓力室4和可控電機19，密閉壓力室4連接空氣壓縮機22且在連接管路上設置有空氣開關閥24和壓力控制閥23，密閉壓力室4內置承臺10，承臺10上安裝陶土板8，陶土板8底部包裹壓力膜9，陶土板8頂部有能夠前后滑動的前檔桿7和固定的后擋桿5，預設裂縫的試樣6放置在陶土板8上，位于前檔桿7后擋桿5 間，密閉壓力室4的頂蓋13下設置有朝向試樣6的帶閃光燈的高速攝像機12，可控電機19的輸出端接螺旋桿18，螺旋桿18接一號連接桿16，一號連接桿16 與二號連接桿14連接且連接處設置力傳感器15，二號連接桿14穿過密閉壓力室4的前側壁抵觸在前檔桿7上，密閉壓力室4的前側壁內部設置有位移傳感器13，所述高速攝像機12、力傳感器15、位移傳感器13以及可控電機19均連接計算機25。

優選地，所述陶土板8為多微孔隙陶瓷板。

優選地，所述陶土板8環箍有壓力膜9，帶有U形管段的出水管2自陶土板8和壓力膜9之間伸出密閉壓力室4。