[发明专利]一种贯通裂隙的剪切-低温耦合实验装置和方法

权利要求书

1.一种贯通裂隙的剪切-低温耦合实验装置，其特征在于该装置包括DIC图像、压力调节阀、刚性支撑、加载力、竖向固定端、加载驱动电机、采集仪、裂隙试件、实时温控箱、下部温控平板、固定螺栓、基座和计算机；基座上表面固定下部温控平板，下部温控平板连接实时温控箱，在实时温控箱上固定放置裂隙试件，在裂隙试件的上表面放置上透明钢化玻璃，上透明钢化玻璃和下部温控平板通过固定螺栓固定在一起；裂隙试件的竖直方向为竖向固定端，竖向固定端上固定上下对称的竖向加载，在裂隙试件的水平方向的左右两个侧面上均固定有刚性支撑，左右两个刚性支撑相对裂隙试件的中心上下交错布置，对两个刚性支撑施加加载力；在每个加载力上均设置压力调节阀，通过压力调节阀控制加载力，压力调节阀同时通过加载驱动电机与采集仪连接，采集仪与计算机连接；在裂隙试件的上方设置用于对试验过程实时监测的DIC图像；所述裂隙试件为3D打印试件，该试件为透明、均质光敏树脂材料制成，为含裂隙试件；裂隙的厚度方向为全贯通；实时温控箱的温度范围为-60℃～0℃，所述裂隙试件的长、宽均为10cm，高为5～10cm；裂隙试件的裂隙长度为3～5.5cm；

能直观得到具有规律性的裂隙破坏扩展模式，得到在不同低温环境下，含裂隙试件的宏观破坏特性及力学特性结果。

2.一种贯通裂隙的剪切-低温耦合实验方法，该方法使用权利要求1所述的实验装置，具体步骤是:

(1)选取试件材料与尺寸：采用透明的光敏树脂材料通过3D打印技术制备裂隙试件，裂隙试件为长方体结构，长、宽均为10cm，高为5～10cm；其中裂隙的长度为3～5.5cm，裂隙的厚度方向为全贯通；

(2)固定试件并加载力：将步骤(1)制得的裂隙试件固定在下部温控平板和上透明钢化玻璃上，并固定好刚性支撑；然后给该裂隙试件进行竖向固定，通过加载力对试件施加剪切力，调节两个压力调节阀控制加载力的大小，施加的力为位移加载，位移加载速率最小和最大分别是0.01mm/min和100mm/min；

(3)观察不同温度下的裂隙扩展破坏模式：选取实时温控箱的温度范围为-60℃～0℃，打开实时温控箱，提前进行预热；使下部温控平板直接把温度传递给裂隙试件，从实时温控箱的显示器上能直观地观察到温度的变化；考察不同低温下试件的开裂变化；在实时温控的同时，开动加载驱动电机，对试件施加剪切力，直到裂隙试件出现了扩展破坏为止，并得到裂隙试件在不同温度下裂隙扩展破坏模式；

(4)在试验的过程中，位于试件的上方的DIC图像对试验全过程进行实时监测；同时试验过程中数据及图像信息自动记录存储并通过自动采集和分析系统进行处理、分析，得到耦合作用下的裂隙扩展模式，能对试件变形破坏的认识给出直观的结果。

3.根据权利要求2 所述的贯通裂隙的剪切-低温耦合实验方法，其特征在于所述步骤(3)中，不同低温为-60℃，-45℃，-30℃，-15℃和0℃。