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原文传递基于NDB试样的非对称三点弯曲加载测试岩石复合断裂韧度的方法

专利名称：	基于NDB试样的非对称三点弯曲加载测试岩石复合断裂韧度的方法
摘要：	本发明提供基于NDB试样的非对称三点弯曲加载测试岩石复合断裂韧度的方法，所用试件本体为带切槽的矩形深梁(NDB)，外形为长方体，本体中间横截面处预制有高度为a的切槽，向本体厚度方向延伸，且贯穿本体厚度方向前后端面；试件本体长度L为试件本体宽度W的2倍，厚度B不小于0.8W。基于这种NDB试样，本发明提供了一种利用非对称三点弯曲加载进行岩石纯I型、纯II型及I‑II复合断裂韧度测试的方法，通过非对称加载实现张拉和剪切荷载的施加。本发明所用NDB试样结构简单，易于利用岩块加工；加载所用夹具为普通三点弯曲夹具，仅需支座非对称布置，实验加载极为方便，且能实现纯I型、纯II型及整个复合加载区间的I‑II复合断裂韧度测试。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	四川大学
发明人：	刘洋;艾婷;张朝鹏;张茹;任利
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910070436.0
公开号：	CN109781548A
代理机构：	成都虹盛汇泉专利代理有限公司
代理人：	周敏
分类号：	G01N3/20(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	610065 四川省成都市武侯区一环路南一段24号
主权项：	1.基于NDB试样的非对称三点弯曲加载测试岩石复合断裂韧度的方法，其特征在于，使用NDB试样，所述NDB试样本体为长方体，本体中设置有由本体下端面的中线位置开口并与厚度B方向平行的垂向切槽，所述切槽贯穿厚度B方向的前后端面，试件本体长度L为试件本体宽度W的2倍，试件厚度B不小于0.8W，切槽的深度为a，且0.3W≤a≤0.7W；采用非对称三点弯曲加载进行岩石纯I型、纯II型及I-II复合断裂韧度测试，三点弯曲左支座与切槽中心面间距为S1，右支座与切槽中心面间距为S2，且S2≤S1；在0.3≤a/W≤0.7范围内选定切槽长度a，并在0.4≤S1/W≤0.9范围内确定左支座与中心线间距S1，调节右支座与中心线间距与试件宽度比S2/W取值，从S1/W开始逐步减小，直到获得纯II型对应的S2为止，以此获得不同载荷复合度；其中，通过三点弯曲夹具刻度尺调节右支座间距S2，调整后的两个支座的前端间距和后端间距相差不大于1％，且同组实验中均应使用相同的左支座间距S1。 2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，利用有限元数值软件ABAQUS/ANSYS等全面标定非对称加载下所述试件裂纹尖端的无量纲应力强度因子YI、YII和无量纲化非奇异应力T，并获得纯II型加载对应的S2，步骤如下： (1)建立对应的数值标定模型：利用有限元数值计算软件，建立试件本体的二维几何模型，假设岩石材料为线弹性材料并赋予试件弹性参数，之后划分网格，并在左支座处约束节点竖向和水平位移，右支座处约束竖向位移，上压头加载点施加参考节点载荷P，在荷载P作用下，所述试件I型和II型应力强度因子KI，KII和非奇异T应力可表示为：根据(1)-(3)式反推出无量纲应力强度因子YI、YII和无量纲非奇异应力T如下所示： (2)基于步骤(1)所述数值模型，计算中采用“二分法”不断缩小S2取值；当计算得到的载荷复合度Me在1附近，误差不超过10-4的量级，认为达到了纯II型断裂，即可获得实现纯II型加载的支座间距，其中，载荷复合度由下式给出： (3)基于步骤(1)所述数值模型建立方法及步骤(2)所述获得的右支座间距S2，确定测试所需的切槽长度a和左支座间距S1，右支座间距从S1按照设置的步距逐步减小至S2，逐一计算无量纲应力强度因子YI和YII以及无量纲非奇异应力T*。 3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，还包括以下步骤： (4)在试件本体厚度方向的前端面画三条竖直方向的辅助线，其中一条辅助线位于试件本体前端面的中心线上，另外两条辅助线分布在两侧，相邻两条辅助线间的间距等于左右支座与中心线间距S1和S2； (5)借助直尺和试件本体前端面上的辅助线，将试件安装试验台上，使试件本体前端面上的三条辅助线，中间的一条辅助线对准载荷加载压头，两侧的辅助线对准支座支点； (6)调整试验机使其加载压头与试件有轻微接触，对试件安放位置进行最后检查，确认无误后安装LVDT位移传感器； (7)使用LVDT位移传感器控制加载，操作岩石力学试验机对试件加载，直至试件破坏完全失去承载能力； (8)根据实验中的峰值载荷和I/II型无量纲应力强度因子YI/YII按以下公式即可计算岩石复合断裂韧度： 4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，在0.4W≤S1≤0.9W和0.3W≤a≤0.7W范围内变化左支座与中心线间距S1和裂缝深度a，重复权利要求3中的步骤(1)～(8)。 5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，实施岩石力学试验机对试件进行加载的速率应低于0.2mm/min。 6.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述载荷加载压头(3)为圆棒结构加载压头，所述支座(4)、(5)为圆棒结构支座，上圆棒压头周线与切槽中心面平行。 7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述方法，其特征在于，试件本体任意相邻两个面的夹角为90°±0.5°；试件本体一个方向任意两个位置的断面尺寸偏差不超过0.1mm。 8.根据权利要求1-6中任一权利要求所述方法，其特征在于，试件本体的长度L最好不小于岩石颗粒尺寸的10倍，且不小于76mm。 9.根据权利要求1-6中任一权利要求所述方法，其特征在于，试件本体的长度L为本体宽度W的2倍，误差不超过0.04W。 10.根据权利要求1-6中任一权利要求所述方法，其特征在于，厚度B不小于本体宽度W的0.8倍，且不小于30mm；所述切槽宽度b小于1mm。
所属类别：	发明专利