一种测定岩石‑混凝土界面剪切本构关系的试验方法与流程

本发明属于岩石-混凝土界面断裂研究领域，涉及采用一种单面剪切试验装置和复合试件几何参数测定岩石-混凝土界面剪切本构关系的新试验方法，具体涉及采用单面剪切试件测定岩石-混凝土界面剪切本构关系。

背景技术：

在应用非线性断裂力学进行裂缝扩展的分析中，混凝土软化本构曲线描述了断裂过程区特性，是混凝土断裂模型应用的前提，尤其是在有限元程序模拟混凝土非线性性能的时候，软化曲线是必要的输入参数。准确描述断裂损伤区内的材料软化行为是采用断裂模型进行岩石-混凝土界面断裂分析的基础。以往的剪切断裂试验可以分为两类：一类是通过偏心加载实现剪切型断裂；另一类是通过在试验中控制变形来实现剪切型断裂。然而由于在裂缝尖端总是不可避免地存在较大的拉应力分量，这些方法没有能够实现纯剪切型断裂，试件的破坏通常都表现为典型的复合型断裂形式。

对于岩石-混凝土界面的断裂问题，由于界面相对两侧介质的薄弱性，裂缝通常沿界面进行扩展，导致裂缝区域所处的应力路径为剪切分量很大的复合型拉剪模式，使得裂缝面上的残余剪切应力对分析结构的承载力及变形有着重要的影响。由于缺少精确的剪切型软化本构关系，目前对于岩石-混凝土界面复合断裂特性的数值研究通常采用混凝土的剪切本构关系来近似模拟界面力学行为，这就导致数值结果与实验结果不能很好的吻合，尤其是当剪切分量占主导地位时，两者将产生不可忽视的误差。而关于岩石-混凝土界面剪切软化关系的确定方法，目前还没有一个明确的标准。基于此，本申请提出采用岩石-混凝土单面剪切试件来测定复合界面的剪切本构关系。

技术实现要素：

本发明提出采用一种单面剪切试验装置和复合试件几何参数测定岩石-混凝土界面剪切本构关系的新试验方法，涉及待测试件和试验装置两部分。

本发明的技术方案：

一种测定岩石-混凝土界面剪切本构关系的试验方法，步骤如下：

(1)制备待测试件

待测试件为岩石-混凝土试件，将岩石一面进行刻槽处理，以获得需要的粗糙度，即为粘贴面；在粘贴面上，距岩石顶部和底部各35mm和25mm处粘贴减磨片后，自然粘结于混凝土立方体侧表面，沿高度方向岩石与混凝土中线重合，二者底面平齐；

(2)搭建试验装置

试验装置分为固定装置和加载装置两部分；

固定装置包括压板、底座和螺纹杆，压板沿宽度方向两端开孔，与底座通过两根螺纹杆连接，压板在螺纹杆上的高度可调；底座沿长度方向两端开孔，孔中安装底座螺栓将底座固定于试验机上；底座表面沿宽度方向开槽，槽口中心线距底座边缘50mm；

加载装置包括液压伺服万能试验机、荷载传感器和加载头，加载头为圆柱形；

(3)测定岩石-混凝土界面剪切本构关系

在待测试件的岩石表面沿高度方向等间距粘贴8个应变片，最下端的应变片距岩石底部30mm；将待测试件置于固定装置的底座与压板中间，待测试件的混凝土外侧与压板外侧平齐，待测试件界面与底座的槽边平齐，使岩石的垂直投影在槽内，固定压板；调整固定装置的底座位置，使待测试件的岩石垂直投影在加载头直径面内，再将固定装置固定在液压伺服万能试验机上；应变片与数据采集系统连接，数据采集系统显示加载过程中岩石的应变数值及变化规律，并由试验监测得到的应变数据推导得出复合界面剪切本构关系。

本发明的有益效果是：本发明的单面剪切试验装置和复合试件几何参数，实现了纯剪加载，使复合界面上只有剪力作用，消除其它应力因素的不利影响。

附图说明

图1(a)为岩石-混凝土试件主视图。

图1(b)为岩石-混凝土试件俯视图。

图1(c)为岩石-混凝土试件左视图。

图2(a)为固定装置主视图。

图2(b)为固定装置俯视图。

图2(c)为固定装置左视图。

图3为岩石表面刻槽处理图。

图4为岩石界面应变片粘贴方式示意图。

图5(a)为试件与装置组合主视图。

图5(b)为试件与装置组合俯视图。

图5(c)为试件与装置组合左视图。

图中：1混凝土；2岩石；3减摩片；4槽口；5压板；6螺纹杆；7螺纹杆螺栓；8底座螺栓；9应变片。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例

一种测定岩石-混凝土界面剪切本构关系的试验方法，步骤如下：

(1)测试准备

固定装置：如附图2所示。

混凝土：采用水灰比为0.5的C30混凝土，岩石为花岗岩，试件如图2所示。

应变片：8个应变片，栅格尺寸为5×3，每个应变片都接线到数据采集系统，用来显示岩石表面应变发展情况。

信息获取：数据采集系统记录下每一个应变片的应变发展。采集系统的采集精度应为±0.0000005m/m。采集系统记录加载全过程的应变数据。

测试环境：实验室环境。

(2)试件制作与试验准备

1)制作模具和岩石薄片，预先将岩石固定在模具中。在模具内侧涂上脱模剂，岩石表面润湿。浇筑混凝土，振捣密实，清理混凝土表面并覆盖聚氯乙烯薄膜。浇筑后10分钟内送入标准养护室内，温度为20℃，相对湿度为95％。24小时后拆模，拆模后送入标准养护室养护至28天后取出。

2)试件取出后在实验室环境中静置，待试件表面干燥后在岩石表面均匀涂抹AB胶，依次粘贴8个应变片，粘贴完静置24小时。

(3)试验与测量

1)连接加载装置(荷载传感器、加载头)

2)将试件放置于固定装置上，边缘对齐，拧紧压板螺栓。移动固定装置，岩石顶部对中，拧紧底座螺栓，将装置牢固固定于试验机上。

3)连接应变片与数据采集系统。

4)施加预压，保证试件界面与竖向压力在同一平面内，顶部垫片与压力机接触不良之处用薄纸垫平。

5)采用位移加载模式，以0.024mm/min的速度连续均匀的加载，为防止试验机受损伤，若竖向剪切位移达到5mm则停止加载。

6)加载全程记录应变数据，记录极限荷载，记录岩石与混凝土相对滑移。

(4)数据处理

1)假设应变沿岩石厚度方向线性变化，比例系数为K，则

P外部荷载；E_f岩石弹性模量；t_f岩石厚度；

ε₁顶部应变片数值；ε₈底部应变片数值。

2)由均匀布置的应变片测量应变数据，整合数据拟合得到不同荷载水平下沿粘结段长度方向的应变曲线。

3)应变曲线积分可以得到对应时刻各点的粘结滑移量，以应变分布图上两点间的梯形包络面积代替真实应变曲线包络的面积，近似得到各应变片间隔内的平均滑移量。

s_i本区间滑移量；s_i-1前区间滑移量；ε_f,i本区间应变；ε_f,i+1后区间应变。

4)计算各测点间平均应力τ。

5)绘制应力-滑移关系曲线，拟合得到剪切本构关系。

(5)结果

获得加载全过程的荷载-相对滑移曲线；获得岩石表面应变数值；获得精确的岩石-混凝土界面剪切本构关系。