本實用新型涉及一種用于巖石Ⅰ/Ⅲ復(fù)合型斷裂韌度測試的三點彎曲試件，屬于斷裂力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

斷裂力學(xué)將裂紋按受力特性主要分為張開型(I型)、滑移型(Ⅱ型)、撕裂型(Ⅲ型)。I型與Ⅱ型斷裂研究較多且比較成熟；但是Ⅲ型斷裂由于試件較難實現(xiàn)平面外撕裂，以至于研究較少。現(xiàn)有的研究面內(nèi)斷裂(I型Ⅱ型及其復(fù)合型)的試件及技術(shù)較為完善，如巴西圓盤試件，三點彎曲梁試件，半圓盤三點彎曲試件等。但實現(xiàn)面外斷裂的試件還較少，且已知的試件較為復(fù)雜，對實驗設(shè)備要求較高，比如反平面剪切盒，需要特殊的夾具以及對普通的加載機進(jìn)行改造。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是：提供一種用于巖石Ⅰ/Ⅲ復(fù)合型斷裂韌度測試的三點彎曲試件，結(jié)構(gòu)簡單，方便實施。

為解決上述技術(shù)問題本實用新型所采用的技術(shù)方案是：用于巖石Ⅰ/Ⅲ復(fù)合型斷裂韌度測試的三點彎曲試件，包括長方形的試件本體，試件本體的底面設(shè)置有貫穿其厚度方向前后面的切口，切口的切口面垂直于試件本體的底面，切口在試件本體底面上的中心點與試件本體底面中心點重合。

進(jìn)一步的是：切口在試件本體底面上與試件本體底面厚度方向中心線的夾角為0°～60°。

本實用新型的有益效果是：試件結(jié)構(gòu)簡單，易于利用巖石等脆性材料切割加工，避免在有限尺寸的巖塊上取芯加工，對所需材料體積要求較小。通過調(diào)整切口在試件本體底面上與試件本體底面厚度方向中心線的夾角可實現(xiàn)純I型及不同情況的I/Ⅲ復(fù)合型斷裂，加載方式簡單。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型實施時的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型實施時的立面圖；

圖4是本實用新型實施時的平面圖；

圖5是本實用新型的實施例中Y_I計算結(jié)果函數(shù)圖；

圖6是本實用新型的實施例中Y_III計算結(jié)果函數(shù)圖；

圖中零部件、部位及編號：1-試件本體、2-切口。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本實用新型用于巖石Ⅰ/Ⅲ復(fù)合型斷裂韌度測試的三點彎曲試件，包括長方形的試件本體1，試件本體1的底面設(shè)置有貫穿其厚度方向前后面的切口2，切口2的切口面垂直于試件本體1的底面，切口2在試件本體1底面上的中心點與試件本體1底面中心點重合。其中，切口2在試件本體1底面上與試件本體1底面厚度方向中心線的夾角優(yōu)選為0°～60°。

如圖2～4所示，試件本體1的長度為L、高度為W、厚度為B，切口2在試件本體1底面上與試件本體1底面厚度方向中心線的夾角為θ，切口2的深度為a，試件支承跨度為2S，試件載荷為P。本實施例中，將L：W：B優(yōu)選設(shè)置為6:2:1，2S:L優(yōu)選設(shè)置為3：4。

本實用新型的加工方法：將所需測量巖石切割為比預(yù)設(shè)尺寸略大的長方體，再使用磨床進(jìn)行打磨，打磨到所需尺寸，確保每面的平整光滑，且相鄰面具有較好的垂直度，保證試件本體1與支座及加載壓頭線接觸，防止出現(xiàn)接觸處應(yīng)力集中造成接觸點先破壞現(xiàn)象。固定試件本體1，使用顏料筆在試件本體1的底面畫出與底面中心線成夾角θ的線，并在試件本體1的兩側(cè)面沿著該線畫長度為a的垂線，使用銑床加工出切口2，加工完成后使用線鋸使切口2的尖端尖銳化。

Ⅰ/Ⅲ復(fù)合型斷裂實驗方法：在加工所得試件底面與頂面分別畫上支座與加載壓頭輔助線。調(diào)整圓棒支座跨度，使其滿足跨長比，并將試件放置于支座上，輔助線與支座重合。實驗過程中保持支座跨度不變，使加載壓頭與試件剛剛接觸并與上端面輔助線重合，確保傳感器中測得壓力為0。對試件進(jìn)行加載，加載速率最好低于0.2mm/min。加載直至試件斷裂出現(xiàn)峰值荷載P_cr，并且荷載曲線有較大的回落。停止加載，并升上加載壓頭，更換試件。

斷裂韌度計算公式為：

$K_I=\frac{P_{cr}\sqrt{\mathrm{\π}a}}{2WB}{Y}_I(\frac{a}{W},\frac{S}{L},\mathrm{\θ});$

$K_{III}=\frac{P_{cr}\sqrt{\mathrm{\π}a}}{2WB}{Y}_{III}(\frac{a}{W},\frac{S}{L},\mathrm{\θ});$

式中：K_I為Ⅰ型應(yīng)力強度因子，K_III為Ⅲ型應(yīng)力強度因子，Y_I和Y_III為無量綱應(yīng)力強度因子，是試件幾何形態(tài)及傾斜角θ的函數(shù)(a/W≤0.5)。Y_I和Y_III所需值可使用有限元軟件計算得到，計算結(jié)果分別如圖5和圖6所示，圖中α為相對裂紋長度α＝a/W，將實驗所得荷載P_cr代入上述公式便可得試件斷裂韌度。