本發(fā)明屬于巖石-混凝土界面斷裂研究領(lǐng)域，涉及采用一種單面剪切試驗裝置和復(fù)合試件幾何參數(shù)測定巖石-混凝土界面剪切本構(gòu)關(guān)系的新試驗方法，具體涉及采用單面剪切試件測定巖石-混凝土界面剪切本構(gòu)關(guān)系。

背景技術(shù)：

在應(yīng)用非線性斷裂力學(xué)進行裂縫擴展的分析中，混凝土軟化本構(gòu)曲線描述了斷裂過程區(qū)特性，是混凝土斷裂模型應(yīng)用的前提，尤其是在有限元程序模擬混凝土非線性性能的時候，軟化曲線是必要的輸入?yún)?shù)。準確描述斷裂損傷區(qū)內(nèi)的材料軟化行為是采用斷裂模型進行巖石-混凝土界面斷裂分析的基礎(chǔ)。以往的剪切斷裂試驗可以分為兩類：一類是通過偏心加載實現(xiàn)剪切型斷裂；另一類是通過在試驗中控制變形來實現(xiàn)剪切型斷裂。然而由于在裂縫尖端總是不可避免地存在較大的拉應(yīng)力分量，這些方法沒有能夠?qū)崿F(xiàn)純剪切型斷裂，試件的破壞通常都表現(xiàn)為典型的復(fù)合型斷裂形式。

對于巖石-混凝土界面的斷裂問題，由于界面相對兩側(cè)介質(zhì)的薄弱性，裂縫通常沿界面進行擴展，導(dǎo)致裂縫區(qū)域所處的應(yīng)力路徑為剪切分量很大的復(fù)合型拉剪模式，使得裂縫面上的殘余剪切應(yīng)力對分析結(jié)構(gòu)的承載力及變形有著重要的影響。由于缺少精確的剪切型軟化本構(gòu)關(guān)系，目前對于巖石-混凝土界面復(fù)合斷裂特性的數(shù)值研究通常采用混凝土的剪切本構(gòu)關(guān)系來近似模擬界面力學(xué)行為，這就導(dǎo)致數(shù)值結(jié)果與實驗結(jié)果不能很好的吻合，尤其是當剪切分量占主導(dǎo)地位時，兩者將產(chǎn)生不可忽視的誤差。而關(guān)于巖石-混凝土界面剪切軟化關(guān)系的確定方法，目前還沒有一個明確的標準。基于此，本申請?zhí)岢霾捎脦r石-混凝土單面剪切試件來測定復(fù)合界面的剪切本構(gòu)關(guān)系。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出采用一種單面剪切試驗裝置和復(fù)合試件幾何參數(shù)測定巖石-混凝土界面剪切本構(gòu)關(guān)系的新試驗方法，涉及待測試件和試驗裝置兩部分。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種測定巖石-混凝土界面剪切本構(gòu)關(guān)系的試驗方法，步驟如下：

(1)制備待測試件

待測試件為巖石-混凝土試件，將巖石一面進行刻槽處理，以獲得需要的粗糙度，即為粘貼面；在粘貼面上，距巖石頂部和底部各35mm和25mm處粘貼減磨片后，自然粘結(jié)于混凝土立方體側(cè)表面，沿高度方向巖石與混凝土中線重合，二者底面平齊；

(2)搭建試驗裝置

試驗裝置分為固定裝置和加載裝置兩部分；

固定裝置包括壓板、底座和螺紋桿，壓板沿寬度方向兩端開孔，與底座通過兩根螺紋桿連接，壓板在螺紋桿上的高度可調(diào)；底座沿長度方向兩端開孔，孔中安裝底座螺栓將底座固定于試驗機上；底座表面沿寬度方向開槽，槽口中心線距底座邊緣50mm；

加載裝置包括液壓伺服萬能試驗機、荷載傳感器和加載頭，加載頭為圓柱形；

(3)測定巖石-混凝土界面剪切本構(gòu)關(guān)系

在待測試件的巖石表面沿高度方向等間距粘貼8個應(yīng)變片，最下端的應(yīng)變片距巖石底部30mm；將待測試件置于固定裝置的底座與壓板中間，待測試件的混凝土外側(cè)與壓板外側(cè)平齊，待測試件界面與底座的槽邊平齊，使巖石的垂直投影在槽內(nèi)，固定壓板；調(diào)整固定裝置的底座位置，使待測試件的巖石垂直投影在加載頭直徑面內(nèi)，再將固定裝置固定在液壓伺服萬能試驗機上；應(yīng)變片與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)顯示加載過程中巖石的應(yīng)變數(shù)值及變化規(guī)律，并由試驗監(jiān)測得到的應(yīng)變數(shù)據(jù)推導(dǎo)得出復(fù)合界面剪切本構(gòu)關(guān)系。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的單面剪切試驗裝置和復(fù)合試件幾何參數(shù)，實現(xiàn)了純剪加載，使復(fù)合界面上只有剪力作用，消除其它應(yīng)力因素的不利影響。

附圖說明

圖1(a)為巖石-混凝土試件主視圖。

圖1(b)為巖石-混凝土試件俯視圖。

圖1(c)為巖石-混凝土試件左視圖。

圖2(a)為固定裝置主視圖。

圖2(b)為固定裝置俯視圖。

圖2(c)為固定裝置左視圖。

圖3為巖石表面刻槽處理圖。

圖4為巖石界面應(yīng)變片粘貼方式示意圖。

圖5(a)為試件與裝置組合主視圖。

圖5(b)為試件與裝置組合俯視圖。

圖5(c)為試件與裝置組合左視圖。

圖中：1混凝土；2巖石；3減摩片；4槽口；5壓板；6螺紋桿；7螺紋桿螺栓；8底座螺栓；9應(yīng)變片。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進一步說明本發(fā)明的具體實施方式。

實施例

一種測定巖石-混凝土界面剪切本構(gòu)關(guān)系的試驗方法，步驟如下：

(1)測試準備

固定裝置：如附圖2所示。

混凝土：采用水灰比為0.5的C30混凝土，巖石為花崗巖，試件如圖2所示。

應(yīng)變片：8個應(yīng)變片，柵格尺寸為5×3，每個應(yīng)變片都接線到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用來顯示巖石表面應(yīng)變發(fā)展情況。

信息獲?。簲?shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄下每一個應(yīng)變片的應(yīng)變發(fā)展。采集系統(tǒng)的采集精度應(yīng)為±0.0000005m/m。采集系統(tǒng)記錄加載全過程的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

測試環(huán)境：實驗室環(huán)境。

(2)試件制作與試驗準備

1)制作模具和巖石薄片，預(yù)先將巖石固定在模具中。在模具內(nèi)側(cè)涂上脫模劑，巖石表面潤濕。澆筑混凝土，振搗密實，清理混凝土表面并覆蓋聚氯乙烯薄膜。澆筑后10分鐘內(nèi)送入標準養(yǎng)護室內(nèi)，溫度為20℃，相對濕度為95％。24小時后拆模，拆模后送入標準養(yǎng)護室養(yǎng)護至28天后取出。

2)試件取出后在實驗室環(huán)境中靜置，待試件表面干燥后在巖石表面均勻涂抹AB膠，依次粘貼8個應(yīng)變片，粘貼完靜置24小時。

(3)試驗與測量

1)連接加載裝置(荷載傳感器、加載頭)

2)將試件放置于固定裝置上，邊緣對齊，擰緊壓板螺栓。移動固定裝置，巖石頂部對中，擰緊底座螺栓，將裝置牢固固定于試驗機上。

3)連接應(yīng)變片與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

4)施加預(yù)壓，保證試件界面與豎向壓力在同一平面內(nèi)，頂部墊片與壓力機接觸不良之處用薄紙墊平。

5)采用位移加載模式，以0.024mm/min的速度連續(xù)均勻的加載，為防止試驗機受損傷，若豎向剪切位移達到5mm則停止加載。

6)加載全程記錄應(yīng)變數(shù)據(jù)，記錄極限荷載，記錄巖石與混凝土相對滑移。

(4)數(shù)據(jù)處理

1)假設(shè)應(yīng)變沿巖石厚度方向線性變化，比例系數(shù)為K，則

P外部荷載；E_f巖石彈性模量；t_f巖石厚度；

ε₁頂部應(yīng)變片數(shù)值；ε₈底部應(yīng)變片數(shù)值。

2)由均勻布置的應(yīng)變片測量應(yīng)變數(shù)據(jù)，整合數(shù)據(jù)擬合得到不同荷載水平下沿粘結(jié)段長度方向的應(yīng)變曲線。

3)應(yīng)變曲線積分可以得到對應(yīng)時刻各點的粘結(jié)滑移量，以應(yīng)變分布圖上兩點間的梯形包絡(luò)面積代替真實應(yīng)變曲線包絡(luò)的面積，近似得到各應(yīng)變片間隔內(nèi)的平均滑移量。

s_i本區(qū)間滑移量；s_i-1前區(qū)間滑移量；ε_f,i本區(qū)間應(yīng)變；ε_f,i+1后區(qū)間應(yīng)變。

4)計算各測點間平均應(yīng)力τ。

5)繪制應(yīng)力-滑移關(guān)系曲線，擬合得到剪切本構(gòu)關(guān)系。

(5)結(jié)果

獲得加載全過程的荷載-相對滑移曲線；獲得巖石表面應(yīng)變數(shù)值；獲得精確的巖石-混凝土界面剪切本構(gòu)關(guān)系。