[发明专利]土体二维断裂试验方法及试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种土体断裂试验装置及方法，属于土体断裂试验技术领域，尤其涉及一种土体拉伸型、剪切型、拉伸与剪切复合型以及压缩与剪切复合型破坏的试验方法及试验装置，具体涉及一种土体二维断裂试验方法及试验装置。

背景技术

土体因裂缝扩展引起的破坏问题是很多土工结构破坏的重要原因之一。尽管土体的断裂破坏问题已被学术界和工程界普遍认可，但是人们对土体断裂破坏问题的研究仍然很不够，许多关键科学问题尚未解决。

根据裂纹受力情况与裂纹面的位移方式，裂纹分为三种基本类型：I型(张开型)、II型(剪切型)和III型(撕裂型)。研究发现土体中不存在III型(撕裂型)断裂破坏形式。在实际土工构筑物中，将土体裂缝扩展的应力状态限制为纯拉力(即I型)或纯剪力(即II型)状态是不合理的，多数情况下是拉力与剪力并存状态(简称为拉剪力状态)、或者是压力与剪力并存状态(简称为压剪力状态)。本发明主要涉及拉伸与剪切复合型(简称拉剪型)以及压缩与剪切复合型(简称压剪型)破坏的方法和试验装置的研究，同时本发明还能实现拉伸型和剪切型破坏研究。

室内试验是研究土体裂缝问题最基础、最主要的方法，研究土体I型断裂破坏的试验方法较多，主要是三点弯曲试验、紧凑型拉伸试验、厚壁圆筒试样环形试验和圆柱形试样径向压裂试验等，还有一些针对重力问题改进的试验装置，研究土体II型断裂破坏性状的试验方法主要是非对称四点弯曲试验，而土体的复合型断裂破坏几乎无人研究。

对于边裂缝及中心裂缝试样，拉剪型和压剪型荷载施加需要两套独立的加载系统，比较复杂。此外，为得到任意作用角度范围内应力与试样应力变化及开裂状态的关系，以上方法在操作过程中必然需要进行数量庞大的试验，通过对压力与剪力进行细致的调整配合，得到所需数值与作用角度的压剪合力。同时，即使如此，实际操作中仍难以得到具有较好连续分布特性的压剪合力与土样应变及临界应力关系。目前，压剪型、拉剪型等断裂破坏问题都需要独立不同的试验装置研究，不便于各类型断裂问题之间的比较研究。

发明内容

本发明针对拉剪型和压剪型荷载施加需要两套独立加载系统的试验方法存在不足和对同时实现不同类型断裂问题研究的需要，本发明设计新的土体二维断裂试验方法及试验装置，对于研究土体压剪型、拉剪型、拉伸型和剪切型断裂破坏问题有着十分积极的意义。

本发明主要涉及压剪型、拉剪型、拉伸型和剪切型四种土体断裂类型的试验，其中拉剪型施加在土体试样的拉剪力分解为垂直于重力方向的剪力和平行于重力方向且与重力方向相反的拉力，同样压剪型试验施加在土体试样的压剪力可分为可分解为垂直于重力方向的剪力和平行于重力方向且与重力方向相同的压力。

(1)拉剪型断裂试验原理：同时向试样预制裂缝所在平面施加切向剪力和法向拉力，并保持在试验过程中剪力和拉力的合力作用方向保持不变，直至试样破坏。

(2)压剪型断裂试验原理：同时向试样预制裂缝所在平面施加切向剪力和法向压力，并保持在试验过程中剪力和压力的合力作用方向保持不变，直至试样破坏。

本发明的二维断裂试验方法，包括以下步骤内容：

(1)试验制备，制备长方体试样，所述试样的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和加载板II分别组合好，将试样两端的安装孔分别安装到加载板I的试样固定孔I与加载板II的试样固定孔II上。所述加载板I与加载板II在同一平面上放置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和加载杆II分别安装在加载杆安装孔I和加载杆安装孔II上，然后安装到动力加载装置上。加载杆I和加载杆II始终保持在同一直线上。

(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，加载方式决定了加载速率。

(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和加载板II施加荷载，检测试样所受的荷载及产生的变形。对加载板I和加载板II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。