[发明专利]土体二维断裂试验方法及试验装置

权利要求书

1.一种土体二维断裂试验装置，其特征在于：包括试样、加载板I（1）和加载板II（2）；所述加载板I（1）和加载板II（2）为完全相同的加载板，共同构成加载夹具；

所述试样是长为H、宽为L和厚为W的长方体，所述长方体L方向的对称轴开有缝，开缝的方式包括单侧开缝、双侧开缝或内部开缝；并且H方向的两末端对称轴均匀开有的孔洞，便于与加载夹具连接；

所述加载板I（1）部件包括夹具主体I（1-1）、加载杆安装孔I（1-2）、压剪辅助板I（1-3）、试样固定孔I（1-4）、试样夹持板I（1-5）、拉剪辅助板I（1-6）和加载杆I（1-7）；所述加载板II（2）部件包括夹具主体II（2-1）、加载杆安装孔II（2-2）、压剪辅助板II（2-3）、试样固定孔II（2-4）、试样夹持板II（2-5）、拉剪辅助板II（2-6）和加载杆II（2-7）；

所述夹具主体I（1-1）和夹具主体II（2-1）为相同的夹具主体，均是完整的近似圆环段的实心体；将一个半同心圆环体以其直径进行三等分后，两条等分线与中间环段体B的内弧相交后两交点所连接的切线，所连接的切线与中间环段体B的内弧构成的拱形孔被填充满，中间环段体B的一端与相邻环段体A的一端衔接，所述相邻环段体A的另一端沿垂直于其直径方向生长一个长度小于其宽度立方体D，以上三个部分形成一个完整整体为所述夹具主体的形状；

所述加载杆安装孔I（1-2）和加载杆安装孔II（2-2）是一致的加载杆安装孔，均是以内侧为一小孔外侧为一大孔构成一组，所述加载杆安装孔以组的形式均匀分布在夹具主体上；

所述压剪辅助板I（1-3）和压剪辅助板II（2-3）是相同的压剪辅助板，均是具有形状的实心体；所述夹具主体相邻环段体A的内弧与第一条等分线及等分线垂直的直径所构成的密闭形状为所述压剪辅助板的形状；所述压剪辅助板的厚度与所述夹具主体的厚度相同；

所述试样夹持板I（1-5）和试样夹持板II（2-5）是相同的试样夹持板，均包括上下两个部分，分别与所在夹具主体表面形成一个平整表面，在上下两个部分中间形成凹槽，用于夹持放置试样；所述试样夹持板从所述夹具主体中间环段体B连接的切线处上、下表面生长出来形成矩形薄片，生长出来的边为短轴边，长度小于中间环段体B的线段所形成长轴边的长度；一短轴边与压剪辅助板密切贴合，另一短轴边在所述夹具主体的第二条等分线上；

所述试样固定孔I（1-4）和试样固定孔II（2-4）是一致的试样固定孔，分别均匀分布在所述试样夹持板I（1-5）和试样夹持板II（2-5）的长轴上；所述试样固定孔I（1-4）和试样固定孔II（2-4）分别与所述试样两端末端孔洞相匹配；

所述拉剪辅助板I（1-6）和拉剪辅助板II（2-6）是相同的拉剪辅助板，均为实心体；所述拉剪辅助板为柱体，下端面为矩形，上端面是从夹具主体中间环段体B的外弧面生长出来的弧面；所述拉剪辅助板在所述夹具主体中间环段体B另一端相互衔接，下端面在等分线垂直的直径上，上端面在中间环段体B外弧所在的圆面上；所述拉剪辅助板的厚度与所述夹具主体的厚度相同；

所述加载杆I（1-7）和加载杆II（2-7）是相同的加载杆，均为长方体，长方体的一端有两个凸起，所述凸起与所述加载杆安装孔I（1-2）和加载杆安装孔II（2-2）匹配；

所述压剪辅助板I（1-3）、压剪辅助板II（2-3）、拉剪辅助板I（1-6）和拉剪辅助板II（2-6）为可拆卸构件；

所述试样的一端通过销钉与加载板I（1）的试样固定孔I（1-4）固定，所述试样的另一端通过销钉与加载板II（2）的试样固定孔II（2-4）固定。

2.一种采用如权利要求1所述装置的土体二维断裂试验方法，其特征在于：所述试验方法包括以下步骤内容；

(1)试样制备，制备长方体试样，所述试样在其中一个轴方向开有缝，开缝的方式包括单侧开缝、双侧开缝或内部开缝；与所述试样开缝方向垂直的一个轴方向两端末设置有安装孔；

(2)检测试验装置是否存在异常；

(3)根据不同断裂试验类型，将两个完全一样加载板I（1）和加载板II（2）分别组合好，将试样两端的安装孔分别安装到加载板I（1）的试样固定孔 I（1-4）与加载板II（2）的试样固定孔 II（2-4）上；所述加载板I（1）与加载板II（2）放置在同一平面上并形成关于试样中心对称的加载夹具；

(4)根据断裂试验所需加载角度，将加载杆I（1-7）和加载杆II（2-7）分别安装在加载杆安装孔I（1-2）和加载杆安装孔II（2-2）上，然后安装到动力加载装置上；加载杆I（1-7）和加载杆II（2-7）始终保持在同一直线上；

所述试验装置的安装，试样由销钉通过所述试样固定孔I（1-4）和试样固定孔II（2-4）分别与所述试样夹持板I（1-5）和试样夹持板II（2-5）固定在加载板上，加载杆I（1-7）和加载杆II（2-7）分别固定在加载杆安装孔I（1-2）和加载杆安装孔II（2-2）上；所述加载杆I（1-7）和加载杆II（2-7）另一端分别与外部加载动力装置连接，并始终保持加载杆I（1-7）和加载杆II（2-7）在同一直线上；加载杆I（1-7）和加载杆II（2-7）的启动和加载方式均由计算机控制及数据采集系统控制；

当进行拉伸与剪切复合型简称拉剪型即“I—II型”断裂试验和拉伸型即“I型”断裂试验时，需要安装上拉剪辅助板I（1-6）和拉剪辅助板II（2-6），卸下压剪辅助板I（1-3）和压剪辅助板II（2-3）；当进行压缩与剪切复合型简称压剪型即“—I—II型”断裂试验和剪切型即“II型”断裂试验时安装上压剪辅助板I（1-3）和压剪辅助板II（2-3），卸下拉剪辅助板I（1-6）和拉剪辅助板II（2-6）；

当所述加载杆I（1-7）和加载杆II（2-7）均与试样裂缝角度为90°时，实现拉伸型即“I型”断裂试验；当加载杆I（1-7）和加载杆II（2-7）均与试样裂缝角度为0°时，实现剪切型即“II型”断裂试验；

所述加载杆I（1-7）和加载杆II（2-7）分别固定在不同组次的加载杆安装孔I（1-2）和加载杆安装孔II（2-2）上，可实现加载杆I（1-7）和加载杆II（2-7）与试样裂缝不同角度的拉剪型即“I—II型”断裂试验和压剪型即“—I—II型”断裂试验；

(5)通过计算机控制及数据采集系统设置试验加载方式，所述加载方式包括应变控制加载方式及应力控制加载方式；

(6)通过计算机控制及数据采集系统启动推力提供装置，给加载板I（1）和加载板II（2）施加荷载，检测试样所受的荷载及产生的变形；对加载板I（1）和加载板II（2）所施加为反向、等大、共线的荷载；

(7)试样破坏后，停止加载，对试验现象进行记录并保存试验数据；

(8)拆除试样并将试验装置拆卸。