[发明专利]含三维预置缺陷的脆性介质试样的制作方法

说明书

技术领域

本发明是一种新型的实验试样制作方法，主要应用于开展含三维预置缺陷脆性介质破坏行为的研究，同时也可推广至其它材料结构的类似试样制作中。

背景技术

对含缺陷岩石、混凝土脆性介质的开裂、扩展、贯通和破坏的试验一直是国际上研究的热点，也是获取脆性介质本构关系及研究内部裂隙扩展的重要手段。岩石、混凝土、陶瓷等脆性介质是一种多裂隙、非均匀的材料，细观上表现为介质内部的微裂纹、隐性裂纹、孔隙及弱区等，宏观上则表现为断裂面、裂缝等。在实际工程中，岩块或混凝土材料的破坏往往是在外界的扰动和压力变化作用时，内部的隐性三维裂纹逐渐转为显性状态，出现损伤局部化，进而解体、破坏。对脆性介质破坏行为的研究主要通过理论、数据模拟和物理试验三方面开展，其中物理试验是最为直接和可靠的研究手段。实际工程中的脆性介质内部裂纹从本质上来说都是三维的，但在以往的试验研究中，由于裂隙缺陷加工难度大以及观测困难等原因，人们多将其简化为二维裂纹或用有机玻璃等材料替代岩石，造成试验结果与实际情况不相符。本发明则是给出了岩石类脆性介质三维预置缺陷的制作方法。

发明内容

本发明的目的在于制作含三维预置缺陷的非均质脆性介质试样，所述方法包括：

制作不含三维预置缺陷的非均质脆性介质试样；

将所述试样切割成两个或更多个部分，并对每部分做好标记便于后期重新合成一体；

在每部分的切割面分别向其内部形成预置缺陷；

按照标记将所有部分对接，以保证缺陷的走向不变，并将所有部分重新合成一体。

所述试样是岩石、混凝土或陶瓷等材料。

所述试样是大理石。

所述试样的形状是规则形状或者是不规则形状。

所述试样形状是长方体。

所述三维预置缺陷是单裂纹、双裂纹或多裂纹。

其中切割试样为通过预置缺陷进行，优选为通过预置缺陷的中心平面进行。

所述形成预置缺陷是采用数码精工车床形成。

所述重新合成一体是采用强力胶粘结，加压静置一段时间。

本发明的目的还在于制作含三维预置单裂纹的大理石试样，所述方法包括：

制作不含三维预置单裂纹的大理石试样，所述大理石试样形状为长方体；

沿着垂直于大理石长边将所述试样切割成两个部分，并对每部分做好标记便于后期重新合成一体；

在每部分的切割面分别采用数码精工车床向其内部形成预置裂纹；

按照标记将所有部分对接，以保证缺陷的走向不变，采用强力胶粘结，加压静置一段时间以将所有部分重新合成一体。

其中在每部分形成的预置裂纹的长度为原裂纹的一半，倾角与原裂纹相同。

所述大理石试样的尺寸为100mm×100mm×200mm，预置单裂纹尺寸为20mm×8mm×1.5mm，与水平面倾角为45°，每部分形成的预置裂纹的尺寸为10mm×8mm×1.5mm，与水平面倾角为45°。

本发明的效果与优点在于：

1、可以使用真实的非均质脆性介质直接加工制作，消除了有机玻璃等均质模拟材料带来的影响，使得试验研究更具真实性；

2、便于精确控制三维预置裂纹缺陷的尺寸和产状，可应用于研究不同形态下三维裂纹缺陷对介质开裂的影响；

3、制作过程较为简便，便于批量生产。

附图说明

附图1为含三维预置裂纹试样尺寸示意图。

附图2为含三维预置裂纹试样切割平面示意图。

附图3为预置裂纹制作示意图。

附图4为预置裂纹制作完成相对位置图。

具体实施方式

本发明以制作含三维缺陷大理石试样为例，说明预置裂纹的制作方式。其中试样的尺寸为100mm×100mm×200mm，预置缺陷裂纹为单裂纹，尺寸为20mm×8mm×1.5mm，与水平面的倾角为45°，如图1所示。

步骤一：制作大理石试样；

步骤二：沿着垂直于大理石长边并通过裂纹1中心的平面2，将步骤一中制作的试样平整地切割为两部分，如图2所示，并做好标记以便后期粘合；

步骤三：对于步骤二中的两部分试样从切割面2分别制作预置裂纹，所制裂纹尺寸为10mm×8mm×1.5mm，即长度为原裂纹的一半，倾角仍然为45°，如图3所示。在切割面上定位好裂纹位置后，采用数码精工车床形成裂纹；

步骤四：按照之前做好的标记3将两个切割面对接，以保证岩石中原始缺陷的走向不变，如图4所示。切割面间用事先测好强度的强力胶粘结，加压静置一段时间。则含三维预置单裂纹的岩石试样制作完成，对于含双裂纹及多裂纹的试样制作方式类似。