[发明专利]一种测试压实黏土I型断裂韧度的NSCB试样制备装置及其使用方法

说明书

发明提供一种测试压实黏土I型断裂韧度的NSCB试样制备装置及其使用方法。该装置包括制样容器和击实器。所述制样容器包括容器侧边挡板I、容器侧边挡板Ⅱ、裂缝预制垫块、容器底座和容器约束框架。所述击实器包括击实杆、击实锤、击实板和裂缝垫块帽。试验时，所述制样容器内放置土料。所述击实板伸入制样容器内。该装置的使用方法包括选择裂缝预制垫块、安装制样容器、安装击实器、配置土料和循环冲击等步骤。该装置可实现对直槽半圆弯曲试样的制备，可以保证在对试样不产生扰动的情况下预制裂缝，既能保证试样的完整性又能使裂缝均匀。

技术领域

本发明涉及土木工程试验仪器领域，特别涉及测试压实黏土I型断裂韧度的NSCB试样制备装置。

背景技术

裂缝是各类土工构筑物中常见的隐患和引起破坏的主要原因之一。如地下水开采引起的地裂缝、土石坝心墙的水力劈裂，以及黏土边坡在失稳前在坡顶产生的拉裂缝等，一旦裂缝扩展，将造成巨大的灾害，这些问题都与黏土的抗裂性能有关。断裂是指材料因裂缝扩展引起的破坏，黏土因裂缝扩展引起的破坏问题属于断裂问题。断裂力学理论和方法的应用使得与黏土断裂相关问题的研究取得了根本性的发展，它可以考虑黏土裂缝端部的应力奇异性和裂缝的扩展，而I型断裂韧度K_IC值是研究黏土裂缝问题的重要参数。

目前测定压实黏土I型断裂韧度K_IC的方法多为单侧开槽土梁试样的三点弯曲试验。在测定岩石类I型断裂韧度方面，国际岩石力学学会(ISRM)推荐了一种NSCB(notchedsemi-circular bend，直槽半圆弯曲)试样。NSCB试样试验方法已成功应用于沥青混合料、矿物混合料、大理石、混凝土、石灰岩等材料的断裂性能测试，然而针对压实黏土的I型断裂韧度测试，还未有学者采用过NSCB试样进行研究。以往压实黏土I型断裂试验常采用单侧开槽土梁试样，相比于单侧开槽土梁试样，NSCB试样更能够节省土料，而且其对荷载的响应程度更为敏感，更适合对压实黏土进行I型断裂测试。含裂缝试样的制备对压实黏土的I型断裂韧度测试至关重要，然而目前尚未有针对压实黏土的NSCB试样的制备装置及方法。

与其它工程材料如混凝土、岩石类等材料不同，混凝土在浇筑过程中预埋金属片即可预制裂缝，岩石类材料可以用切割机进行裂缝的预制。对于压实黏土断裂试验(为了使压实黏土成型，压实黏土的含水率一般控制在最优含水率附近)，以往的试样制备方法通常是，先采用击实的方法制备一定几何尺寸的试样(一般为长方体形)，然后用切土刀对试样进行切割。但是，由于压实黏土黏聚力较大且抗拉强度较低，采用切割的方式对压实黏土进行裂缝预制对试样的扰动较大，很容易破损试样，而且对于含有较硬颗粒的压实黏土，切割方法对试样的扰动更大。综上，以往的裂缝预制方法均无法制备完整的NSCB压实黏土试样，因此导致裂缝的预制难度较大，试样质量不易控制。

因此，亟需提出一种针对压实黏土NSCB试样的制备装置及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种测试压实黏土I型断裂韧度的NSCB试样制备装置及其使用方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种测试压实黏土I型断裂韧度的NSCB试样制备装置，包括制样容器和击实器。

所述制样容器包括容器侧边挡板I、容器侧边挡板Ⅱ、裂缝预制垫块、容器底座和容器约束框架。

所述裂缝预制垫块包块相互垂直的竖直板Ⅰ和竖直板Ⅱ。所述竖直板Ⅱ的板面上设置于若干个销孔Ⅱ。

所述容器底座包括底板以及设置在底板上表面的框体凸缘。所述底板为半圆形板。所述框体凸缘沿底板的边缘设置。所述框体凸缘的侧壁上设置有若干个螺孔。