Ⅱ型断裂韧性测试方法技术

本发明专利技术公开了自对中式双面剪切试验装置，包括试样盒，试样盒内开有水平通孔和垂直通孔，水平通孔与垂直通孔正交，水平通孔两端分别设置第一法向压块和第二法向压块，第一法向压块与位置调节杆一端相抵，位置调节杆另一端通过螺纹与第一反力支架上的螺纹孔连接，第二法向压块与法向力加载装置相抵，法向力加载装置设置在第二反力支架上，第一反力支架和第二反力支架之间通过水平传力杆连接。本发明专利技术还公开了岩石试样抗剪强度参数测试方法以及Ⅱ型断裂韧性测试方法。本发明专利技术结构简单，易于制造，适用性广，具备自平衡功能，且易于与已有岩石力学试验系统相结合，能开展岩石Ⅱ型断裂韧性测试。

【技术实现步骤摘要】
Ⅱ型断裂韧性测试方法
本专利技术涉及岩石力学试验领域，具体涉及自对中式双面剪切试验装置，还涉及Ⅱ型断裂韧性测试方法，主要用于进行室内岩石双面剪切及Ⅱ型断裂韧性测试试验。
技术介绍
在岩土工程领域，通常是通过岩体力学实验手段，了解岩石和岩体的力学性能、变形、破坏规律，以及各种构筑物对岩体所引起的各种物理、力学效应，为工程设计、施工提供所需要的参数。目前岩石室内试验主要包括单轴试验、三轴试验、抗剪断试验等，通过这些试验获取岩石力学参数与强度指标。目前开展单轴试验、三轴试验的设备较多，吨位一般也比较大，能够进行抗剪断试验的设备较少，抗剪断试验分为单面剪切试验和双面剪切试验，现有绝大多数设备都是开展单面剪切试验，用于岩体节理面滑移力学特性、混凝土强度等方面的研究，此类设备一般水平推力加载吨位较小，用于强度较低岩体的试验是合适的，但是对于较高强度的硬岩尤其是大尺寸硬岩试样而言，吨位往往不够，导致出现岩样剪不断的情况。少量可以开展双面剪切试验的设备也常常存在一个较大的缺陷：试验设备不具备施加法向力的功能，只能开展法向力为零的剪切试验，因此获得的强度参数有限，只能得到岩石的抗剪断强度，而不能给出岩石的粘聚力和内摩擦角。另外，岩石Ⅱ型断裂韧度是岩体工程中一个很重要的参数，表征岩石抵抗剪切断裂的能力，Ⅱ型断裂就是裂缝在外力作用下扩展方向仍然在裂缝平面内，裂缝尖端滑移位移平行于裂缝平面，裂缝尖端开口位移为零，目前有关岩石Ⅱ型断裂韧度测试的报道较少，且多数方法都不能避免试验中出现附加的不可忽略的裂纹张拉扩展。因此本领域技术人员致力于开发一种能够施加法向力、且具备自对中功能、能够确保剪切面位置固定的双面剪切试验装置，同时提出一种岩石Ⅱ型断裂韧度测试方法。
技术实现思路
针对上述存在问题，本专利技术的目的在于提供一种能够施加法向力的自对中式双面剪切试验装置。该装置配备法向伺服加载系统提供法向力，采用自平衡式水平加载框架，无需专门设置反力座，且能确保试验过程中试样中心面不发生移动，能够按照预先设定的剪切位置破坏，而且可以安装在岩石单、三轴试验机框架内，利用试验机的大吨位加载装置作为抗剪断试验的剪切力，便于开展大尺寸硬岩的抗剪断试验，本专利技术的目的还在于提供Ⅱ型断裂韧性测试方法，能进行岩石Ⅱ型断裂韧性测试。为了实现本目的，其技术解决方案为：自对中式双面剪切试验装置，包括试样盒，试样盒内开有水平通孔和垂直通孔，水平通孔与垂直通孔正交，试样盒一侧中部开有观察孔，水平通孔两端分别设置第一法向压块和第二法向压块，第一法向压块与位置调节杆一端相抵，位置调节杆另一端通过螺纹与第一反力支架上的螺纹孔连接，第二法向压块与法向力加载装置相抵，法向力加载装置设置在第二反力支架上，第一反力支架和第二反力支架之间通过水平传力杆连接，法向力加载装置安装在第二法向压块和第二反力支架之间，水平传力杆放置在试样盒侧部的支撑耳上。岩石试样抗剪强度参数测试方法，包括以下步骤：步骤1、将岩石试样安装在试样盒的水平通孔中央，岩石试样两端分别安装第一法向压块和第二法向压块，根据预先确定的剪切面位置，调整好法向力加载装置、第一法向压块、第二法向压块和岩石试样的位置后，固定位置调节杆，在岩石试样上方的垂直通孔安装剪切压块；步骤2、开启法向力加载装置，先对岩石试样施加法向力至预定值，再通过剪切压块对岩石试样施加剪切力，测量在法向力加载装置作用下的剪切强度；步骤3、改变法向力加载装置加载的法向力，重复步骤2，测量重新选取的岩石试样在不同法向载荷作用下的剪切强度；步骤4、根据实验结果绘出τ-σ关系曲线，通过拟合得到一直线，确定试样粘聚力和内摩擦角。Ⅱ型断裂韧性测试方法，包括以下步骤：步骤1、首先在岩石试样上预制双切口，岩土试样为立方体，双切口之间的间隔为d，双切口的切口深度均为c，双切口的宽度与岩石试样同宽，岩石试样的宽度为B，岩石试样的高度为a，岩石试样长度为L，双切口之间的间隔d与剪切压块的长度相同，步骤2、将岩石试样安装在试样盒的水平通孔中央，岩石试样两端分别安装第一法向压块和第二法向压块，根据预先确定的剪切面位置，调整好法向力加载装置、第一法向压块、第二法向压块和岩石试样的位置后，固定位置调节杆，在岩石试样上方的垂直通孔安装剪切压块；步骤3、利用法向力加载装置约束好岩石试样两端，通过对剪切压块施加载荷，对岩石试样双切口之间施加载荷直至岩石试样产生纯剪破坏即发生Ⅱ型断裂，Ⅱ型断裂韧度K11计算公式如下：F为通过法向力加载装置施加的破坏载荷，a为岩石试样高度，B为岩石试样的宽度，d为双切口之间的间距，c为双切口的切口深度。由于采用了以上技术方案，本专利技术增设了法向力施加装置，改善了单纯双剪试验系统。本专利技术具有的优点和积极效果在于所述的自对中式双面剪切试验装置结构简单，易于制造，适用性广，具备自平衡功能，且易于与已有岩石力学试验系统相结合，利用普通的岩石单、三轴试验机进行剪切实验，扩充试验机的功能，同时还能开展岩石Ⅱ型断裂韧性测试。附图说明：图1为自对中式双面剪切试验装置的结构示意图；图2为图1的A-A剖视图；图3为图1的B-B剖视图；图4为岩石试样τ-σ关系曲线；图5为预制裂纹岩样。其中：1－试样盒、2－剪切压块、301－第一法向压块、302-第二法向压块、4－支撑耳、501－第一反力支架、502-第二反力支架、6－水平传力杆、7－位置调节杆、8－法向力加载装置、9－岩石试样。具体实施方式：下面结合附图，对本专利技术作进一步的说明。实施例1：岩石试样抗剪断实验。由图1、图2可知，岩石试样抗剪断试验利用到自对中式双面剪切试验装置，自对中式双面剪切试验装置包括剪切夹具、水平加载框架、法向力加载装置，剪切夹具包括试样盒1、剪切压块2、第一法向压块301和第二法向压块302，试样盒1采用高强度钢制造，两侧外缘上设置有支撑耳4，试样盒1内开有水平通孔和垂直通孔，水平通孔与垂直通孔正交，试样盒1一侧中部开有观察孔，水平通孔中央摆放岩石试样9，岩石试样9两端分别安装第一法向压块301和第二法向压块302，第一法向压块301与位置调节杆7一端相抵，位置调节杆7另一端通过螺纹与第一反力支架501连接，第二法向压块302与法向力加载装置8相抵，法向力加载装置8设置在第二反力支架502上，法向力加载装置8在第二反力支架502上的位置可调，第一反力支架501和第二反力支架502之间通过水平传力杆6连接，在岩石试样9上部的垂直通孔内安装剪切压块2，第一法向压块301、第二法向压块302和剪切压块2均由高强度钢制造，水平加载框架由不锈钢制造，水平加载框架包括第一反力支架501、第二反力支架502、水平传力杆6、位置调节杆7，水平传力杆6放置在试样盒1侧部的支撑耳4上，水平传力杆6的两端分别通过螺纹连接第一反力支架501和第二反力支架502，第一反力支架501中部开有螺纹孔，连接位置调节杆7，用于调整岩石试样9和第一法向压块301的位置，法向力加载装置8安装在第二法向压块302和第二反力支架502之间。岩石抗剪断强度测试过程如下：步骤1、将岩石试样9安装在试样盒1的水平通孔中央，岩石试样9两端分别安装第一法向压块301和第二法向压块302，根据预先确定的剪切面位置，调整好法向力加载装置8、第一法向压块301、第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
自对中式双面剪切试验装置，包括试样盒(1)，其特征在于，试样盒(1)内开有水平通孔和垂直通孔，水平通孔与垂直通孔正交，试样盒(1)一侧中部开有观察孔，水平通孔两端分别设置第一法向压块(301)和第二法向压块(302)，第一法向压块(301)与位置调节杆(7)一端相抵，位置调节杆(7)另一端通过螺纹与第一反力支架(501)上的螺纹孔连接，第二法向压块(302)与法向力加载装置(8)相抵，法向力加载装置(8)设置在第二反力支架(502)上，第一反力支架(501)和第二反力支架(502)之间通过水平传力杆(6)连接，法向力加载装置(8)安装在第二法向压块(302)和第二反力支架(502)之间，水平传力杆(6)放置在试样盒(1)侧部的支撑耳(4)上。

【技术特征摘要】
1.Ⅱ型断裂韧性测试方法，利用自对中式双面剪切试验装置，自对中式双面剪切试验装置包括试样盒(1)，试样盒(1)内开有水平通孔和垂直通孔，水平通孔与垂直通孔正交，试样盒(1)一侧中部开有观察孔，水平通孔两端分别设置第一法向压块(301)和第二法向压块(302)，第一法向压块(301)与位置调节杆(7)一端相抵，位置调节杆(7)另一端通过螺纹与第一反力支架(501)上的螺纹孔连接，第二法向压块(302)与法向力加载装置(8)相抵，法向力加载装置(8)设置在第二反力支架(502)上，第一反力支架(501)和第二反力支架(502)之间通过水平传力杆(6)连接，法向力加载装置(8)安装在第二法向压块(302)和第二反力支架(502)之间，水平传力杆(6)放置在试样盒(1)侧部的支撑耳(4)上，其特征在于，还包括以下步骤：步骤1、首先在岩石试样(9)上预制双切口，岩土试样(9)为立方体，双切口之间的间隔为d，双切口的切口深...

【专利技术属性】
技术研发人员：高红，苏方声，张华，胡元育，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42