[发明专利]土体压剪复合断裂破坏试验方法及试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及土体断裂试验技术领域，具体是一种土体断裂破坏试验方法及试验装置，尤其涉及一种土体压缩与剪切复合型断裂破坏的试验方法及试验装置。

背景技术

断裂是由于新裂缝萌生或已存在裂缝的扩展而引起的一种破坏过程，是材料和结构的破坏失效形式之一。在过去的四十多年中，脆性和准脆性材料断裂力学的发展主要集中在混凝土中，同时，在岩土工程中也确立了其正当地位。断裂力学的应用已经表明，断裂力学可以提供调查和解决岩土力学和岩土工程中许多应用问题的强有力的工具。

土体中的裂缝是一种自然现象，在许多天然和人为土工结构中经常遇到。许多土工结构物（如土石坝的土质心墙，垃圾填埋场的粘土底层和盖层等）中，土体裂缝问题是关系到工程成败的关键问题，土体裂缝问题也因此成为学术界和工程界的研究热点问题，同时也是当前研究的难点问题。

多数学者认为，土体中裂缝的产生和扩展是由于裂缝位置的应力状态达到临界值引起的，该应力可以是垂直于裂缝面的拉应力，也可以是平行于裂缝面的剪应力，裂缝产生和扩展的机理可从断裂力学的角度进行解释。含裂缝土体属于非连续介质，其破坏描述和准则应基于非连续介质建立。在断裂力学中，裂缝扩展按其受力状态可分为三种基本类型，即：张开型（或拉伸型）、滑开型（或剪切型）和撕开型（或扭剪型）。在土体断裂破坏中，主要考虑拉伸型和剪切型两种。

试验研究土体的断裂性状，一直是土体断裂力学的主要研究内容。目前，用于研究土体I型断裂破坏性状的主要试验方法是三点弯曲断裂试验和紧凑拉伸试验，以及对这两种方法的改进试验方法；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；尚未见有关研究土体III型断裂破坏性状试验方法的报道。

由于土体的自身特性，在应用于实际的土工结构物中，土体断裂往往不是由单一的拉、压应力或纯剪切应力引起，而是在复杂的应力状态下由压应力与剪切应力的共同作用引起的压剪复合型断裂破坏；或由拉应力与剪切应力的共同作用引起的拉剪复合型断裂破坏。本发明仅涉及压剪复合型断裂破坏的研究。

对于土体在压剪状态下的应力变化及开裂状态的试验研究方法，其原理在于施加于土体试样的压剪应力，可分解为垂直于重力方向的剪应力与平行于重力方向的压应力（见图1），利用所得到的压剪应力与土样应变及临界应力的关系结合一定规律，便可以研究土体在不同压剪应力状态下的断裂破坏问题。根据以上原理，在试验操作中可以利用剪应力与压应力对试样的不同作用位置与数值组合形成对试样有着不同的作用方向的合力，即压剪合力。

然而，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，通过对压应力与剪应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。

鉴于通过同时分别施加压应力与剪应力以间接得到压剪合力的试验方法存在的不足，设计新的土体压剪断裂试验方法和装置来直接得到作用于土样的压剪应力有着十分积极的意义。

发明内容

本发明创造的目的之一是提供了一种土体压剪断裂破坏的试验方法。

为实现本发明创造目的而采用的技术方案是这样的，土体压剪复合断裂破坏试验方法，包括以下步骤：

1）制备被测试样，所述被测试样为立方体土块，包括顶面、底面和四个侧面；所述立方体土块的顶面和底面与水平面垂直；

2）在被测试样的其中一个侧面开一条缝隙，即所述被测试样单侧开缝；

3）在所述被测试样的上、下方放置第一加载板和第二加载板；所述第一加载板和第二加载板为L型板，或所述第一加载板和第二加载板的内侧具有L型缺口；即使得所述被测试样的两个相邻的侧面与第一加载板的内侧接触，而未与所述第一加载板接触的两个侧面与第二加载板的内侧接触；

4）对第一加载板和第二加载板同时施加指向被测试样方向、且垂直于水平面的作用力。作为优选，加载的方向与重力方向垂直。

本发明创造的另一个目的是提供了一种土体压剪断裂破坏的试验装置。

为实现上述目的而采用的技术方案是这样的，土体压剪复合断裂破坏试验装置，包括形状相同的第一加载板和第二加载板，所述第一加载板和第二加载板分别位于被测试样两侧。所述被测试样是一个具有顶面、底面、第一侧面、第二侧面、第三侧面和第四侧面的立方体土块，所述顶面和底面与水平面垂直。