[发明专利]一种采用滚动摩擦实现土体纯Ⅱ型断裂的试验方法

权利要求书

1.一种采用滚动摩擦实现土体纯Ⅱ型断裂的试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，准备试样：假设中间托板和侧托板的长和宽分别为L'和W'，中间托板与侧托板之间的缝隙槽长和宽分别为L'和R，中间托板与侧托板组装后长和宽分别为L'和3W'+2R，准备长、宽和厚分别为J、K和D的试样3N个；其中，J≤L'，K≤3W'+2R，N≥2；3N个试样均分为三组，每个试样上均预制两条与长边相平行且对称的裂缝，从而形成预制裂缝，预制裂缝长和宽分别为C和R，每组试样内预制裂缝的长度相同，三组试样形成预制裂缝的长度分别为C1、C2和C3，且C1＜C2＜C3＜L'；

步骤2，组装试样托板：将中间托板的两个插接边分别插接在两侧的两个侧托板的插接槽内，并使大滚球位于大滚槽内，小滚球位于小滚槽内；中间托板和两块侧托板之间均形成与预制裂缝宽度相等的缝隙槽；与此同时，将滚球装置放置在基座上的滚动槽内，假设滚球装置的长和宽分别为L和W，则L'≤L，3W'+2R≤W，也即组装后试样托板的长度不超过滚球装置的长度，组装后试样托板的宽度不超过滚球装置的宽度；滚动装置包括滚球基座和均匀嵌套在滚球基座上表面的若干个滚球；滚球一部分置于滚球基座中，一部分外露；整个滚球装置放入基座的滚动槽内，放入后滚球基座刚好与基座同高，露出滚球便于在上方放置试样托板；

步骤3，放置试样：将其中一块预制裂缝长度为C1的试样放置在步骤2组装完成的试样托板正上方，试样放置要求为：试样中的两条预制裂缝与试样托板上两条缝隙槽位置相对应；接着，将承载有试样的试样托板放在滚球装置上，由滚球装置中的滚球支撑试样托板底部；调整试样托板在滚球装置在的位置，使得试样托板中的两块侧托板以及位于两块侧托板正上方的试样与安装在基座上的阻隔板相接触并对齐；

步骤4，调整推力板：调整推力板，使得推力板与位于中间托板正上方的试样形成无压力接触，推力板两侧与中间托板两侧对齐，下方与中间托板顶部齐平；

步骤5，纯Ⅱ型断裂试验，包括如下步骤：

步骤51，仪器归零：将应力传感器和位移传感器进行归零，保证应力和位移的初始值为零；

步骤52，施加水平推力：推力控制器接通电源，向应力传感器施加推力，从而推动推力板，向试样中部施加水平推力；另一端试样两侧被阻隔板阻挡，试样底部与试样托板相对静止；

步骤53，产生纯Ⅱ型断裂：随着试样所受水平推力进一步增大，将在两条预制裂缝的尖端处产生纯Ⅱ型断裂；此时，试样预制裂缝中间部分将脱离两侧试样向阻隔板方向微小移动，中间托板在试样的带动下，会与下方滚球装置发生滚动摩擦，将插接边从两侧托板的插接槽中产生微小的水平滑出，由于中间托板与滚球装置发生滚动摩擦，进一步减少中间托板下侧摩擦力对试验的影响，且中间托板与侧托板之间安装滚动导向装置，故三块托板相互之间仅允许沿滚槽方向相对错动且阻止其他任何相对运动方式，从而提高试验准确性；与此同时，由于试样断裂，此时应力传感器测得的应力值会突然下降；

步骤54，数据采集：在纯Ⅱ型断裂产生的整个过程中，应力传感器和位移传感器将实时记录对应的应力值与位移值；

步骤6，绘制线图：数据采集器接收来自应力传感器与位移传感器的数据并传输至电脑，自动绘制应力-时间、位移-时间过程线图；

步骤7，计算试验的强度因子，Ⅱ型断裂应力强度因子K_Ⅱ计算公式如下：

其中，F为试样断裂时的最大荷载；C为预制裂缝的长度；W'为两条预制裂缝之间的宽度，即中间托板的宽度；D为试样的厚度；

步骤8，重复步骤3-7，完成其余预制裂缝长度为C1的试样的纯Ⅱ型断裂试验及强度因子计算；

步骤9，重复步骤3-8，完成预制裂缝长度为C2和C3的所有试样的纯Ⅱ型断裂试验及强度因子计算。

2.根据权利要求1所述的采用滚动摩擦实现土体纯Ⅱ型断裂的试验方法，其特征在于：步骤5中，推力控制器以恒定的速率向推力板施加压力。

3.根据权利要求2所述的采用滚动摩擦实现土体纯Ⅱ型断裂的试验方法，其特征在于：

C/L'∈[0.3,0.7]，C1、C2和C3的取值分别为：C1＝0.4L'，C2＝0.5L'，C3＝0.6L'。