[发明专利]由无缝试件确定混凝土岩石断裂韧度的方法

说明书

本发明公开了一种由无缝试件确定混凝土岩石断裂韧度的方法，旨在解决现有测定方法步骤繁复、测试误差大、存在着尺寸效应及可靠性差的技术问题。本发明方法主要包括：制备无缝试件、静力加载得到峰值荷载、由两点确定直线、求直线斜率等步骤，最后确定出无尺寸效应的混凝土岩石的真实断裂韧度。本发明方法仅采用无缝试件，且仅需一种试件尺寸即可完成，简单实用，实施过程易操作，预测结果具有足够精度，无尺寸效应，且易判断结果合理性，便于推广应用。

技术领域

本发明涉及土木与水利工程技术领域，具体涉及一种由无缝试件确定混凝土岩石断裂韧度的方法。

背景技术

断裂韧度是指在弹塑性条件下，当应力场强度因子增大到某一临界值，裂纹便失稳扩展而导致材料断裂，临界或失稳扩展的应力场强度因子；它反映了材料抵抗裂纹失稳扩展即抵抗脆断的能力，是材料的力学性能指标。

目前，对于混凝土与岩石等准脆性材料断裂韧度的测试，根据美国ASTM E399规范，若满足线弹性断裂力学条件，测定无尺寸效应的材料断裂韧度，采用试样的厚度B， 裂纹长度a₀， 韧带尺寸W-a₀ 均需满足下式：

，

其中，K_IC为材料断裂韧度，f_t为材料的拉伸强度。

当前常用的混凝土或岩石的断裂韧度测定方法，必须采用带预制裂缝的试件，且裂缝长度还需满足一定的要求。

然而，含裂纹试件制作较繁复，耗时耗力，成本高。此外，含裂纹的试件中均布的、热力学可逆性的弹性变形和发生在裂纹尖端附近的、热力学不可逆性的塑形变形会同时出现和进行，即两种热力学属性完全不同的材料力学行为混在一起，导致测试中出现难以克服的测试误差。

因此，当前亟需一种简单实用、无需采用带预制裂缝的试件的确定混凝土岩石断裂韧度的方法，以提高预测结果的精度，且易判断结果合理性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种由无缝试件确定混凝土岩石断裂韧度的方法，以克服现有测定方法步骤繁复、测试误差大、存在着尺寸效应及可靠性差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术思路：

发明人经过长期大量试验研究得到一种仅需采用一组无缝的相同尺寸的混凝土或岩石试样，即可确定混凝土或岩石的断裂韧度的方法。充分考虑混凝土骨料与岩石颗粒粒径对断裂韧度的影响，通过两点确定一条过原点的直线，其斜率就是混凝土或岩石的断裂韧度。当采用该组试件的实测峰值荷载的平均值，可得到的断裂韧度的平均值；当考虑不同试件结果的离散度，采用实测每个试件的峰值荷载的个体值，又可得到断裂韧度每个试件的个体值。

具体技术方案为：

设计一种由无缝试件确定混凝土岩石断裂韧度的方法（单值法），包括以下步骤：

（1）制作一组尺寸为W×B×S的无缝混凝土试件；

所述W为试件高度，所述B为试件厚度，所述S为试件有效跨度；

（2）在压力试验机或者万能试验机上，采用三点弯曲或楔入劈拉的加载方式，加载至所述无缝混凝土试件破坏，试验过程中记录该组中每个试件的峰值荷载，记为P_max,i；