土体Ⅱ型断裂韧度测试方法研究 A study of a test method for mode Ⅱ fracture toughness of soil mass.pdfVIP

第3期 水利水运工程学报 No．3 2012年6月 HYDRO-S吲CEANDENG小暇口UNG Jun．2012 土体Ⅱ型断裂韧度测试方法研究 邓文杰1”，王俊杰1”，张慧萍1·2 (1．重庆交通大学国家内河航道整治丁程技术研究中心，重庆400074；2．重庆交通大学省部共建水利水 运工程教育部重点实验室，重庆400074) 摘要：II型断裂破坏是土体断裂破坏的基本类型之一，Ⅱ犁断裂韧度的测试方法是目前研究土体Ⅱ型断裂破 坏性状的难点．首先介绍了各种Ⅱ型断裂韧度测试方法的基本原理和方法，然后针对土体的特点，分析了各种 方法用于测试土体断裂韧度的可行性和可靠性．重点分析了前人用于测试土体Ⅱ犁断裂韧度的非对称四点弯 曲试验方法，在此基础上，提出了一种新的土体Ⅱ型断裂韧度测试方法．新方法采用结构简单、易于制样的单侧 开缝方形土饼试样，直接施加剪切荷载，使得试样在纯1I型加载条件下发生断裂破坏．从而确保了试验结果的 可靠性． 关键词：土体；断裂破坏；1I型断裂韧度；试验方法 1．3 中图分类号：TU41 文献标志码：A 在众多土工结构物(如土质边坡、土石坝等)中，结构的失稳破坏往往是由内部裂缝的扩展引起的．然而 人们对裂缝在土体中的扩展机理并没有形成完整的概念，土体裂缝问题一直是学术界和工程界关注的热点 问题，同时也是当前研究的难点问题。J-3j．研究表明，土体中存在裂缝时，其破坏机理要比不含裂缝的土体复 是，当土体中包含裂缝时，其破坏很可能是因裂缝扩展引起的，此时，这些基于土体为连续介质假定的破坏准 则就不再适合． 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．在断裂力学中，裂缝扩展按其受力 状态可分为3种基本类型，即张开型、滑开型和撕开型．在土体断裂破坏中，主要考虑I型(张开型)和Ⅱ型 (滑开型)两种破坏形式¨1．在土质边坡中，大多数边坡的破坏属于剪切破坏，当滑面起点位置有裂缝时，边 坡的失稳很可能是裂缝扩展引起的Ⅱ型破坏所致，因此，研究边坡中裂缝的扩展机理，对于防止边坡失稳很 有必要．当土体中出现裂缝后，往往会在裂缝尖端产生应力集中现象，所以不能用传统的破坏准则来进行判 别．依据线弹性断裂判据，在Ⅱ型破坏中，当裂纹体应力强度因子KⅡ达到材料的断裂韧度KⅡ。时，裂纹即要 向前扩展．因此测试出土体的断裂韧度对于研究土体裂纹的扩展机理来说至关重要． 目前，用于研究岩石及其他脆性材料Ⅱ型断裂试验的方法较多，主要有非对称四点弯曲法、半圆弯曲及 非对称半圆弯曲方法、短梁剪切破坏试验方法、巴西圆盘法和剪切盒试验方法；但仅非对称四点弯曲试验方 法可用于研究土体Ⅱ型断裂，并且该方法的误差较大．因此，很有必要针对土体的特点研究出新的Ⅱ型土体 断裂测试方法．本文在分析现有Ⅱ型断裂韧度测试方法的基础上，提出了适用于测试土体Ⅱ型断裂韧度的试 验方法． 收稿日期：201l一1l—IO 基金项目：重庆交通大学研究生教育创新基金资助项目(2011(上)第05号) 作者简介：邓文杰(1986一)，男，湖北天门人．硕士研究生，主要从事地基、基础及边坡稳定性分析与计算 E—mail：awjl986@163．corn 万方数据 第3期 邓文杰，等：土体Ⅱ型断裂韧度测试方法研究 65 l 一般材料Ⅱ型断裂试验方法 近40年来，断裂力学在岩石、混凝土等脆性材料的断裂破坏研究中得到了很大发展，提出了一些Ⅱ型断 裂韧度的测试方法，各试验方法的基本原理和断裂韧度的计算方法简述如下． 1．1非对称四点弯曲试验方法 非对称四点弯曲试验方法常用于研究岩石等脆性材料 的Ⅱ型断裂破坏，如M．R．M．Aliha等人mJ采用该方法研究 目} 了大理石的Ⅱ型断裂应力强度因子KⅡ．试验简图怕1见图1． 冒 试验时通过调整荷载作用点的位置可以使得裂纹断面