專利名稱：含三維預置缺陷的脆性介質(zhì)試樣的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種新型的實驗試樣制作方法，主要應用于開展含三維預置缺陷脆性介質(zhì)破壞行為的研究，同時也可推廣至其它材料結構的類似試樣制作中。
背景技術：
對含缺陷巖石、混凝土脆性介質(zhì)的開裂、擴展、貫通和破壞的試驗一直是國際上研究的熱點，也是獲取脆性介質(zhì)本構關系及研究內(nèi)部裂隙擴展的重要手段。巖石、混凝土、陶瓷等脆性介質(zhì)是一種多裂隙、非均勻的材料，細觀上表現(xiàn)為介質(zhì)內(nèi)部的微裂紋、隱性裂紋、孔隙及弱區(qū)等，宏觀上則表現(xiàn)為斷裂面、裂縫等。在實際工程中，巖塊或混凝土材料的破壞往往是在外界的擾動和壓力變化作用時，內(nèi)部的隱性三維裂紋逐漸轉為顯性狀態(tài)，出現(xiàn)損 傷局部化，進而解體、破壞。對脆性介質(zhì)破壞行為的研究主要通過理論、數(shù)據(jù)模擬和物理試驗三方面開展，其中物理試驗是最為直接和可靠的研究手段。實際工程中的脆性介質(zhì)內(nèi)部裂紋從本質(zhì)上來說都是三維的，但在以往的試驗研究中，由于裂隙缺陷加工難度大以及觀測困難等原因，人們多將其簡化為二維裂紋或用有機玻璃等材料替代巖石，造成試驗結果與實際情況不相符。本發(fā)明則是給出了巖石類脆性介質(zhì)三維預置缺陷的制作方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于制作含三維預置缺陷的非均質(zhì)脆性介質(zhì)試樣，所述方法包括制作不含三維預置缺陷的非均質(zhì)脆性介質(zhì)試樣；將所述試樣切割成兩個或更多個部分，并對每部分做好標記便于后期重新合成一體；在每部分的切割面分別向其內(nèi)部形成預置缺陷；按照標記將所有部分對接，以保證缺陷的走向不變，并將所有部分重新合成一體。所述試樣是巖石、混凝土或陶瓷等材料。所述試樣是大理石。所述試樣的形狀是規(guī)則形狀或者是不規(guī)則形狀。所述試樣形狀是長方體。所述三維預置缺陷是單裂紋、雙裂紋或多裂紋。其中切割試樣為通過預置缺陷進行，優(yōu)選為通過預置缺陷的中心平面進行。所述形成預置缺陷是采用數(shù)碼精工車床形成。所述重新合成一體是采用強力膠粘結，加壓靜置一段時間。本發(fā)明的目的還在于制作含三維預置單裂紋的大理石試樣，所述方法包括制作不含三維預置單裂紋的大理石試樣，所述大理石試樣形狀為長方體；沿著垂直于大理石長邊將所述試樣切割成兩個部分，并對每部分做好標記便于后期重新合成一體；在每部分的切割面分別采用數(shù)碼精工車床向其內(nèi)部形成預置裂紋；
按照標記將所有部分對接，以保證缺陷的走向不變，采用強力膠粘結，加壓靜置一段時間以將所有部分重新合成一體。其中在每部分形成的預置裂紋的長度為原裂紋的一半，傾角與原裂紋相同。所述大理石試樣的尺寸為IOOmmX IOOmmX 200mm,預置單裂紋尺寸為20mmX8mmX I. 5mm，與水平面傾角為45 °，每部分形成的預置裂紋的尺寸為10mmX8mmX I. 5mm,與水平面傾角為45。。本發(fā)明的效果與優(yōu)點在于I、可以使用真實的非均質(zhì)脆性介質(zhì)直接加工制作，消除了有機玻璃等均質(zhì)模擬材料帶來的影響,使得試驗研究更具真實性；
2、便于精確控制三維預置裂紋缺陷的尺寸和產(chǎn)狀，可應用于研究不同形態(tài)下三維裂紋缺陷對介質(zhì)開裂的影響；3、制作過程較為簡便，便于批量生產(chǎn)。
附圖I為含三維預置裂紋試樣尺寸示意圖。附圖2為含三維預置裂紋試樣切割平面示意圖。附圖3為預置裂紋制作示意圖。附圖4為預置裂紋制作完成相對位置圖。
具體實施例方式本發(fā)明以制作含三維缺陷大理石試樣為例，說明預置裂紋的制作方式。其中試樣的尺寸為IOOmmX IOOmmX 200mm，預置缺陷裂紋為單裂紋，尺寸為20mmX8mmXL 5mm，與水平面的傾角為45° ,如圖I所示。步驟一制作大理石試樣；步驟二 沿著垂直于大理石長邊并通過裂紋I中心的平面2，將步驟一中制作的試樣平整地切割為兩部分，如圖2所示，并做好標記以便后期粘合；步驟三對于步驟二中的兩部分試樣從切割面2分別制作預置裂紋，所制裂紋尺寸為IOmmXSmmX I. 5mm，即長度為原裂紋的一半，傾角仍然為45°，如圖3所示。在切割面上定位好裂紋位置后，采用數(shù)碼精工車床形成裂紋；步驟四按照之前做好的標記3將兩個切割面對接，以保證巖石中原始缺陷的走向不變，如圖4所示。切割面間用事先測好強度的強力膠粘結，加壓靜置一段時間。則含三維預置單裂紋的巖石試樣制作完成，對于含雙裂紋及多裂紋的試樣制作方式類似。
權利要求
1.一種制作含三維預置缺陷的非均質(zhì)脆性介質(zhì)試樣的方法，所述方法包括 制作不含三維預置缺陷的非均質(zhì)脆性介質(zhì)試樣； 將所述試樣切割成兩個或更多個部分，并對每部分做好標記便于后期重新合成一體； 在每部分的切割面分別向其內(nèi)部形成預置缺陷； 按照標記將所有部分對接，以保證缺陷的走向不變，并將所有部分重新合成一體。
2.一種如權利要求I所述的方法，所述試樣是巖石、混凝土或陶瓷。
3.—種如權利要求I或2所述的方法，所述試樣的形狀是規(guī)則形狀或者是不規(guī)則形狀，優(yōu)選所述試樣形狀是長方體。
4.一種如上述任一權利要求所述的方法，所述三維預置缺陷是單裂紋、雙裂紋或多裂紋。
5.一種如上述任一權利要求所述的方法，其中切割試樣為通過預置缺陷進行，優(yōu)選為通過預置缺陷的中心平面進行。
6.一種如上述任一權利要求所述的方法，所述形成預置缺陷是采用數(shù)碼精工車床形成。
7.—種如上述任一權利要求所述的方法，所述重新合成一體是采用強力膠粘結，加壓靜置一段時間。
8.一種制作含三維預置單裂紋的大理石試樣的方法，所述方法包括 制作不含三維預置單裂紋的大理石試樣，所述大理石試樣形狀為長方體； 沿著垂直于大理石長邊將所述試樣切割成兩個部分，并對每部分做好標記便于后期重新合成一體； 在每部分的切割面分別采用數(shù)碼精工車床向內(nèi)部形成預置裂紋； 按照標記將所有部分對接，以保證缺陷的走向不變，采用強力膠粘結，加壓靜置一段時間以將所有部分重新合成一體。
9.一種如權利要求8所述的方法，其中在每部分形成的預置裂紋的長度為原裂紋的一半，傾角與原裂紋相同。
10.一種如上權利要求8或9所述的方法，所述大理石試樣的尺寸為10OmmX IOOmmX 200mm,預置單裂紋尺寸為20mmX8mmX I. 5mm,與水平面傾角為45。，每部分形成的預置裂紋的尺寸為IOmmX 8mmX I. 5mm,與水平面傾角為45° ,切割試樣為通過預置缺陷的中心平面進行。
全文摘要
本發(fā)明是一種制作含三維預置裂紋缺陷的方法，通過數(shù)碼定位裂紋的空間位置，沿裂紋對稱面切開巖體，采用數(shù)控機床方法精確制作預置裂紋，最后使用強力膠將切割面粘合，使得所制裂紋成為內(nèi)部三維裂紋缺陷，該方法能夠保證脆性介質(zhì)內(nèi)初始缺陷的連續(xù)性、真實性。
文檔編號G01N1/28GK102778371SQ20121023573
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權日2012年7月6日
發(fā)明者林鵬, 王鋮, 鄭文煒 申請人:清華大學