[发明专利]松散土体断裂韧度测试方法及系统

说明书

 

技术领域

本发明涉及到土木工程测试方法及专用设备，特别涉及一种松散土体断裂韧度测试方法及系统。

背景技术

土体是地球表面与人类生存环境及工程活动密切相关的介质材料，边坡失稳、坡面泥石流、岸坡破坏等地质灾害的产生均与土体相关物理力学参数有关，《土工试验规程》（SD128-84）详细给出了土体密度、比重、塑液限、膨胀、渗透、击实、固结、三轴、可溶性盐等物理力学参数的测试方法，《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）重点给出了特殊性土、地下水、现场原位测试、室内土体压缩、固结、渗透、剪切、动力等相关测试方法，《工程岩体试验方法标准》（GB/T50266-99）给出了岩块含水率、吸水性、膨胀性、单轴压缩、三轴压缩、抗拉强度、直剪试验、岩体变形、岩体应力、岩体原位测试、岩石声波等测试方法，《公路工程集料试验规程》（JTJ058-2000）给出了粗集料和细集料的相关测试方法。

然而，前述相关技术规范中均未涉及土体变形与破坏断裂韧度的测试问题，其根本原因就是多年来人们一直认为断裂是脆性材料的基本特性，土体不存在断裂问题。事实上，近十年来有关土坡、土质岸坡、坡面泥石流等相关科学研究业已表明，土坡、土质岸坡、坡面泥石流等地质灾害生初期均属于土体断裂问题，变形、断裂拉裂、扩展破坏是土质类地质灾害孕发的基本物理力学过程。

美国材料试验学会规范ASTM E399-83是国际上迄今最权威的材料断裂测试技术标准，要求将试件制备成高度不低于40cm、宽度不低于20cm、长度不低于100cm的矩形试件，这对土体而言，试件成型、测试操作极其困难。因此，研制一种适用于松散土体断裂韧度测试并满足ASTM - E399-83规范的测试方法及系统，对于推动松散土体断裂相关科学研究，有效防治松散土体滑坡、土质岸坡和坡面泥石流等地质灾害具有重要意义。

发明内容

为了推动松散土体断裂相关科学研究，有效防治松散土体滑坡、土质岸坡和坡面泥石流等地质灾害，本发明提出一种松散土体断裂韧度测试方法及系统。本发明松散土体断裂韧度测试方法将不同含水量、不同密实度的松散土体做成矩形试件；将矩形试件进行三点弯曲载荷连续加载；当矩形试件开始断裂时，按下式计算被测试矩形试件的松散土体断裂韧度：

式中： K_Ⅰ为松散土体断裂韧度，单位为；P为测量到的施加在试样裂纹开口处的集中荷载，单位kN；S为两个支点之间的间距，单位m；W为矩形试件的宽度，单位为mm；B为矩形试件的高度，单位为mm；a为均试件中预制裂缝切口的深度，单位为mm；

其中，矩形试件宽度W取400mm，高度B取200mm，长度L取1000mm，试件的中部设置有预制裂缝切口，且a＜W并要求a/W=0.45～0.55。

进一步的，本发明松散土体断裂韧度测试方法的三点弯曲载荷连续加载包括：将矩形试件有预制裂缝切口的一面对称放置在两个支点间，且将预制裂缝切口面向支点，在矩形试件预制裂缝切口处连续施加载荷，且载荷方向正对支点。

本发明松散土体断裂韧度测试方法包括以下步骤：

⑴ 按测试需要制作松散土体断裂韧度测试所需的矩形试件；矩形试件的长度L、宽度W和高度B分别为1000mm、400mm和200mm；

⑵ 按照实验要求将矩形试件安置在矩形试件承放板上，要求将矩形试件有预制裂缝切口的一面对称放置在两个支点间，且将预制裂缝切口面向支点；其中，矩形试件中预制裂缝切口的深度a小于宽度W，且要求a/W=0.45～0.55；

⑶ 将加荷器放置在矩形试件预制裂缝切口处的背面连续施加载荷，且载荷方向正对支点；

⑷ 通过测试装置交互式键盘输入矩形试件参数，即矩形试件宽度W、高度B和开切裂缝深度a；

⑸ 开启加力器，对矩形试件施加连续载荷，直至矩形试件开始断裂；

⑹ 从测试装置LED显示屏读取松散土体断裂韧度K_Ⅰ，完成松散土体断裂韧度的测试。

本发明松散土体断裂韧度测试系统，包括：试件安放装置、荷载控制装置和测量装置，其中，