呂 川，王俊杰，黃詩淵，羅 澳

（1.重慶交通大學河海學院，重慶 400074；2.重慶交通大學材料科學與工程學院，重慶 400074；3.重慶交通大學土木工程學院，重慶 400074）

0 引言

在高堆石壩建設(shè)中，由于壩殼料和防滲心墻變形模量差異，以及施工環(huán)境等因素的影響，心墻內(nèi)部易形成裂縫［1］。作為常見的隱患之一，嚴重時將導致心墻發(fā)生水力劈裂，影響大壩正常運行［2］。因此，揭示土體的斷裂機制對于保障工程安全具有重要意義。

針對土體的斷裂問題，國內(nèi)外學者開展了大量研究。LAKSHMIKANTHA 等［3］的研究結(jié)果表明土體斷裂韌度受試樣尺寸效應(yīng)影響，同時與試驗環(huán)境相關(guān)。劉曉洲和王悅東［4，5］對原狀凍土進行了室內(nèi)試驗研究，構(gòu)建了采用非線性修正因子計算原狀凍土斷裂韌度的方法。KONRAD 等［6］通過試驗研究得出凍土斷裂擴展受溫度特征和水含量影響。為消除重力引起的試驗誤差，王俊杰等［7］提出了臥式加載方式。在此基礎(chǔ)上，李澤華等［8］、邱珍鋒等［9］探究了含水率和干密度對土體抗裂性能的影響，認為含水率和干密度對土體斷裂韌度的影響顯著。WANG 等［10］將巖石領(lǐng)域常用的單邊切槽半圓彎曲試樣引入壓實黏土I 型斷裂測試中，分析了斷裂韌度隨試樣結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，建立了通過抗拉強度評估斷裂韌度的經(jīng)驗公式。秦鑫等［11］采用自研的試驗裝置測試不同含水量和土石比土梁試樣的斷裂韌度，得出土體斷裂韌度隨土石比的增大存在含水量奇異值，斷裂韌度對土石比變化的敏感性高于含水率。

綜上所述，研究人員各類型土體的斷裂特性進行了試驗研究和理論分析，為土體抗裂性能的研究奠定了基礎(chǔ)。但現(xiàn)有研究集中于宏觀力學性能的描述，尚未查明土體斷裂機理。鑒于此，本次研究開展壓實黏土I型斷裂特性研究，查明預制裂紋長度對土體抗裂性能的影響規(guī)律，并結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)方法從細觀角度揭示其影響機制。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用在電力調(diào)度信息化系統(tǒng)中，是為提高電力調(diào)度管理部門的工作效率，增強電力調(diào)度的安全性和時效性。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力調(diào)度相結(jié)合有其既定的的原則：

1 試驗方法

1.1 試驗材料

試驗用土為兩河口水電站防滲心墻黏土，呈紅褐色，塑限Wp=17.4%，液限WL=32.9%。最佳含水率和最大干密度分別為16.6%和1.75 g/cm3。黏土礦物成分以石英和黏土為主，分別占47.5%和41.9%。土料級配曲線如圖1所示，試驗前剔除2 mm以上粒徑的土體。拌合用水取自實驗室自來水。

圖1 級配曲線Fig.1 Grading curve

1.2 試樣制備及試驗方案

試樣制備流程包括：①按照最佳含水率（16.6%）和最大干密度（1.75 g/cm3）計算試驗用土和水的質(zhì)量，拌合均勻后悶料24 h。②安裝矩形鋼模具，并在模具內(nèi)部均勻涂抹凡士林。③將等分的土料均勻攤鋪在模具內(nèi)并擊實，每層土的擊實功應(yīng)相同。④擊實完成后的土體立即采用切割機分割為矩形梁，并對指定位置切割形成人工預制裂紋，裂紋寬度為1 mm。⑤用刷子在試樣表面均勻涂抹一層白色水粉形成底膜，再噴涂黑色啞光漆形成隨機分布的黑色斑點。

加載儀器采用重慶交通大學聯(lián)合江蘇永昌科教儀器制造有限公司研發(fā)的土體斷裂測試裝置，包括荷載傳感器、位移傳感器、壓頭、支撐銷和數(shù)據(jù)采集軟件。采用數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）方法研究土體斷裂破壞過程，其基本原理是通過識別變形前后試樣表面的散斑圖像來獲取變形數(shù)據(jù)的方法。采用相關(guān)系數(shù)C（p）表示不同時刻特征點的散斑圖案匹配程度［13］，計算公式見式（1）。圖像采集及分析系統(tǒng)由光源（1 臺）、工業(yè)相機（1 臺）和圖像分析軟件（VIC-2D）組成。

圖2 試樣及其結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Soil beam specimen and schematic diagram

1.3 加載和觀測方法

加載方式為三點彎曲加載，試樣結(jié)構(gòu)為單邊切口梁試樣，尺寸為L×H×D=150×50×25 mm，如圖2所示。ISRM 建議巖石材料I 型斷裂試驗的支撐點距離與試樣長度比值S/L為0.5～0.8［12］，確定本次試驗的支撐間距S=120 mm。為探究裂紋長度對壓實黏土起裂行為的影響，無量綱裂紋長度a/H取0.2、0.3、0.4、0.5和0.6。

式中：UT為試樣發(fā)生破壞時累計吸收的總應(yīng)變能，N/mm，即試樣荷載-位移曲線的包絡(luò)線面積，數(shù)值上等于荷載-位移曲線在橫軸上的積分；D為試樣厚度，mm；H為試樣高度，mm；a為預制裂紋長度，mm。

對于上述問題，仍用“3個0.5相加”來解釋顯然是不對的.傳統(tǒng)的小數(shù)乘法教學中，教師往往會忽略對于小數(shù)乘法意義的多方面理解.用單一模型講解小數(shù)乘法的意義，會使學生陷入誤區(qū)，同時對后續(xù)小數(shù)乘小數(shù)的意義理解形成影響.確切地說，學生不明白這種模型下為什么要用乘法，即3×0.5為什么表示“3的一半”！這一點在[4]中有較為詳細的研究.

式中：P（x，y）是參考子區(qū)各點坐標的灰度值；P′（x0′，y0′）是目標子區(qū)各點坐標的灰度值；Pm和P′m分別為參考子區(qū)和目標子區(qū)的灰度平均值；p為描述變形前后圖像子區(qū)位置和形狀變化的變形參數(shù)矢量。

為進一步揭示預制裂紋長度對土體斷裂破壞的影響機理，引入細觀抗裂性能評價指標-水平應(yīng)變密度DE，其表征了試樣發(fā)生斷裂破壞前起裂點所積蓄的總應(yīng)變。DE計算公式如下：

圖3 試驗裝置Fig.3 Test setup

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 破壞模式

圖4 為不同預制裂紋長度下試樣的荷載-位移曲線。可以看出，預制裂紋長度不同時壓實黏土的荷載-位移曲線具有相似的變化規(guī)律，大致分為3個階段：①壓密階段。在軸向荷載作用下，試樣支撐銷與壓頭的接觸位置首先產(chǎn)生局部壓密，導致荷載-位移曲線產(chǎn)生一定程度波動；②線性變化階段。試樣內(nèi)部萌生少量微裂紋，荷載-位移曲線呈線性遞增，占曲線主要部分；③破壞階段。達到峰值荷載后，荷載隨位移的增加迅速降低，無黏性裂紋從預制裂紋尖端快速擴展。

春暖花開，春回燕來。京師氣候不比江南，春脖子短，暮春如夏，到處生機盎然。像往年一樣，李武崗不踏青，不郊游，只顧關(guān)起門來享受。那天，在拔火罐時，赤條條的他居然成為火人。比之已被燒死的李駟峋、李陸峰，李武崗燒得更徹底。據(jù)當時在場的仆人說，燒到半途，李武崗早就死去，火苗也已經(jīng)弱下去，誰知軀干中間部位居然“突突”地噴出烈焰，將胸腹全部點燃，最終整個中段都燒沒了，僅剩頭頸和四肢。更詭異的是，就連易燃的絲質(zhì)床單都未全部燒光，臥榻幾乎完好無損。

圖4 荷載-位移曲線Fig.4 Load-displacement curve

式中：E（t）為EXX-時間的曲線函數(shù)；t0為峰值應(yīng)變時刻對應(yīng)的時間值；dt為時間微分。DE數(shù)值上等于圖9 中區(qū)域S1與S2的面積之和。

通過DIC方法得到試件樣斷裂過程中的水平位移云圖。以a/H=0.2試樣為例，對土體斷裂破壞過程進行分析。

2型糖尿病外周感覺神經(jīng)病變和心臟自主神經(jīng)病變存在相關(guān)性，進行感覺神經(jīng)檢查，可以評價心臟自主神經(jīng)病變的風險。

加載至30%Pmax，如圖5（a）所示，試樣整體變形較小，底部土體產(chǎn)生相對側(cè)移，預制裂紋頂部土體變形均勻。當荷載增加至50%Pmax和70%Pmax后，試樣表面變形增大，底部的正向和負向位移區(qū)逐漸向上發(fā)展，形成連貫的位移等值線，如圖5（b）和（c）所示。相比70%Pmax，90%Pmax時的水平位移云圖形態(tài)差異更明顯，水平位移值和位移梯度變化幅度增大，如圖5（d）所示。圖5（e）和（f）為Pmax和峰值荷載后90%Pmax時試樣的水平位移云圖?？梢钥闯觯A制裂紋尖端處的局部變形增大，導致位移等值線匯集。峰值荷載以后，裂紋發(fā)生不穩(wěn)定擴展，無黏性裂紋長度逐漸增大。

圖5 不同加載階段試樣的水平位移云圖（單位：mm）Fig.5 Horizontal displacement clouds of specimens at different loading stages

2.2 臨界斷裂韌度

斷裂力學理論采用臨界斷裂韌度JIC這一指標衡量材料的斷裂能或應(yīng)變能釋放速率，是材料抗裂性能的評價指標。JIC數(shù)值越大意味著材料抗裂性能越好，其計算公式如下［14］：

驗證標準偏差相對穩(wěn)定，具有統(tǒng)計意義。2004年QSAR國際會議正式形成經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（英文簡稱OECD）規(guī)則，明確必須使用外部驗證集（即測試集）來評價模型的預測能力。如果樣本量足夠大，也可以從105個樣本中隨機取8個樣本作為測試集，97個樣本作為訓練集。本案例執(zhí)行該規(guī)范。

圖6為不同預制裂紋長度下壓實黏土試樣的臨界斷裂韌度JIC。由圖6 可知，隨著裂紋長度增大，試樣JIC呈線性遞減變化。文獻［15］對重慶黏土進行了試驗，其結(jié)果與本研究規(guī)律一致。a/H=0.2 時，JIC最大，平均值為0.05 N/mm；a/H=0.6 時最小，平均值為0.025 N/mm，較前者降低了50%。隨著軸向荷載逐漸增大，試樣內(nèi)部微裂紋在韌帶區(qū)域內(nèi)的萌生和匯集。預制裂紋較短時，試樣具有較長韌帶區(qū)，裂紋孕育區(qū)域面積相應(yīng)增大，導致試樣發(fā)生破壞時累計吸收的總應(yīng)變能增大，使得土體具有較大的JIC。

圖6 JIC演化規(guī)律Fig.6 JIC evolutionary pattern

2.3 土體細觀損傷特性

圖7為不同預制裂紋長度試樣在峰值荷載時刻的水平應(yīng)變云圖。由圖7可知，試樣發(fā)生破壞時，預制裂紋尖端產(chǎn)生較大拉應(yīng)變，形成局部損傷區(qū)域，峰值應(yīng)變隨預制裂紋長度增大而減小。受邊界效應(yīng)影響，損傷區(qū)域形態(tài)發(fā)生改變。a/H為0.2～0.4時，韌帶區(qū)域占比較大，損傷區(qū)呈圓形或橢圓形。當a/H≥0.5后，壓頭與試樣接觸區(qū)域的局部變形限制了損傷區(qū)向上發(fā)育，導致?lián)p傷區(qū)的寬高比較大。

圖7 峰值荷載的水平應(yīng)變云圖Fig.7 Horizontal strain cloud at the peak load

以A、B 兩點的水平應(yīng)變EXX平均值作為壓實黏土起裂點受荷全過程的EXX值，不同預制裂紋長度下起裂點EXX的演化規(guī)律如圖8所示?？梢赃€看出，預制裂紋長度對EXX演化規(guī)律影響不大。以a/H=0.2 試樣為例進行說明，如圖9所示。加載初期EXX增長緩慢，呈線性遞增（S1區(qū)域）。該階段土體表現(xiàn)為彈性變形，形成少量微裂紋。加載至一定時間后，EXX增長速率變大，出現(xiàn)非線性增長趨勢（S2區(qū)域），表明試樣內(nèi)部裂紋產(chǎn)生和不斷發(fā)育。達到峰值荷載后，微裂紋匯集形成宏觀裂紋，導致EXX迅速增大（S3區(qū)域）。

圖8 EXX隨時間的演化規(guī)律Fig.8 Evolutionary pattern of EXX with time

圖9 荷載和EXX隨時間的變化曲線Fig.9 Load and EXX curves with time

試驗前，調(diào)整工業(yè)相機位置，保證相機鏡頭與試件表面垂直且精準對焦，并調(diào)整壓頭與試樣頂部接觸。加載與圖像采集同時開始，加載速率選擇0.6 mm/min，圖像采集頻率為500 ms/張。位移和載荷數(shù)據(jù)由計算機自動記錄，試樣破壞后停止采集。散斑圖片導入VIC-2D 軟件進行分析，獲得目標區(qū)域內(nèi)的位移數(shù)據(jù)。試驗裝置如圖3所示。

隨著預制裂紋長度增大，試樣峰值荷載逐漸降低。a/H為0.2 和0.6 時的峰值荷載平均值分別為41 N 和14 N。最大軸向位移隨a/H增大逐漸降低。上述規(guī)律表明土體破壞模式與預制裂紋長度無關(guān)，增大預制裂紋長度降低了土體的承載能力，對工程而言是不利的。

由式（3）計算出不同預制裂紋長度時土體的水平應(yīng)變密度DE，其平均值結(jié)匯總于圖10。由圖10 可知，水平應(yīng)變密度DE隨預制裂紋長度增大逐漸遞減。a/H=0.2 時DE最大，平均值為0.045 s；a/H=0.6 時最小，平均值為0.005 s，較前者下降了90%。這是由于韌帶較短時，試樣承載和變形能力降低所導致的。

基于語文學科的嚴謹性特點，要求初中語文教師在執(zhí)行教學任務(wù)的過程中，要適當采取與學科教學特點配套的教學方式，以及采用豐富的教學語言來完善教學過程。如教師自身的教學專業(yè)詞語概念要明晰，而且要避免頻繁使用無意義的口頭禪，課堂中的語言表達要盡可能做到精練。尤其是在語文課文課堂教學環(huán)節(jié)，教師要根據(jù)課文體裁的不同，選擇不同的教學語言，進而與課文的題材相協(xié)調(diào)，促進教學質(zhì)量的進一步提升。例如在教學散文時，教師要盡量選擇抒情的語調(diào)，緩慢的語速和富有才情的語言，帶領(lǐng)學生一同領(lǐng)略散文語言的優(yōu)美。

圖10 不同預制裂紋長度時試樣的DEFig.10 DE of specimens at different prefabricated crack lengths

對宏觀力學指標JIC和細觀評價指標DE進行擬合分析，如圖11所示。臨界斷裂韌度JIC和水平應(yīng)變密度DE具有良好的線性關(guān)系，表明采用JIC和DE評價預制裂紋長度影響下壓實黏土抗裂性能的結(jié)論相符。此外，在擬合公式的基礎(chǔ)上可采用臨界斷裂韌度對壓實黏土的水平應(yīng)變密度做出預估。

測量并記錄兩組患者HbAlc(糖化血紅蛋白)、FPG（空腹血糖）、2 hPG（餐后 2 h 血糖）[3]。

圖11 宏細觀抗裂性能評價指標的相關(guān)性分析Fig.11 Correlation analysis of macroscopic anti-cracking performance evaluation indexes

3 結(jié)論

為研究預制裂紋長度對壓實黏土抗裂性能的影響，對單邊切口梁試樣開展I型斷裂試驗，結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)方法，從宏細觀角度分析了土體斷裂機制，主要得出以下結(jié)論。

（1）土體破壞過程包括壓密階段、線性變化階段和破壞階段，破壞模式與預制裂紋長度無關(guān)；

（2）隨著預制裂紋長度增大，試樣臨界斷裂韌度JIC呈線性遞減。

（3）峰值荷載前起裂點峰值水平應(yīng)變呈線性遞增和非線性遞增兩階段變化，峰值荷載后迅速增大；

（4）水平應(yīng)變密度DE隨著預制裂紋長度增大逐漸降低，與臨界斷裂韌度JIC呈線性相關(guān)。