[发明专利]依靠土体自重测定土体断裂韧度的测试装置及方法

权利要求书

1.一种依靠土体自重测定土体断裂韧度的测试装置，其特征在于，该装置包括测试平台和土梁模具；所述测试平台包括基础平台、固定支座和滑动支座；基础平台为平板结构且上平面的长和宽分别大于a和b；固定支座为横截面为矩形的长条且固定在基础平台上平面的一侧，滑动支座放置在基础平台上平面且可在平面上滑动；滑动支座的横截面为矩形且在矩形上、下平面内设置有滚动轴承或滚珠；所述土梁模具的内空为长方形且为可拆开的刚性结构，其内空的长、宽、高的尺寸分别为a、b和h，模具壁厚度为d；其中，模具壁厚度d大于1cm；且2.5h＜b＜4h；a＞3b；a、b和h的计量单位均为cm。

2.一种依靠土体自重测定土体断裂韧度的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、针对具体的粘土或碎石土，现场取样并在实验室采用本发明依靠土体自重测定土体断裂韧度装置的土梁模具制作土梁，分2～3层击实；所述土梁模具的内空为长方形且为可拆开的刚性结构，其内空的长、宽、高的尺寸分别为a、b和h，模具壁厚度为d；所述模具壁厚度d大于1cm；且2.5h＜b＜4h；a＞3b；a、b和h的计量单位均为cm；

S2、打开土梁模具，取出土梁，测量土梁的实际尺寸长度a、宽度b、厚度h，单位为cm；且测定土体平均容重γ，单位为g/cm；

S3、调整本发明依靠土体自重测定土体断裂韧度的测试装置的测试平台固定支座与滑动支座之间的间距小于b，以土梁水平放置在两支座上后，固定支座一侧不出现裂缝或较大变形为准；所述测试平台包括基础平台、固定支座和滑动支座；基础平台为平板结构且上平面的长和宽分别大于a和b；固定支座为横截面为矩形的长条且固定在基础平台上平面的一侧，滑动支座放置在基础平台上平面且可在平面上滑动；滑动支座的横截面为矩形且在矩形上、下平面内设置有滚动轴承或滚珠；

S4、缓慢移动滑动支座并观察土梁底部变形及裂缝情况，移动速度不大于0.5mm/s，当土梁底部出现裂缝时即停止移动滑动支座，测量裂缝深度a₀以及支座间距S，计量单位均为cm；

S5、重复步骤S1至S4，分别测定三组数据；

S6、数据处理；

S61、将三组试验数据中土梁尺寸a、b和h，平均容重γ、裂缝深度a₀以及支座间距S取平均值；

S62、考虑土梁自重荷载为均布竖向荷载，其均匀荷载为：

q＝γh     (1)

利用上式(1)计算均匀荷载q；式中，γ为土体平均容重，单位为g/cm；h为土梁厚度，单位为cm；

S62、利用下式(2)计算裂缝处应力σ_max：

σmax=Mh2I---(2)]]>

式中，M为裂缝开裂弯矩，M＝γhS²/8；I为截面惯性矩，I＝bh³/12；h、b和S分别为土梁厚度、宽度和土梁出现裂缝时的支座间距，计量单位均为cm；γ为土体平均容重，单位为g/cm；

S63、利用下式(3)计算土梁的断裂韧度K_IC：

KIC=3γS2πa0/4bh---(3)]]>

式中，h、b和S分别为土梁厚度、宽度和土梁出现裂缝时的支座间距，计量单位均为cm；γ为土体平均容重，单位为g/cm；a₀为裂缝深度，单位均为cm。