CN109556958A - 一种单裂纹最先起裂位置及扩展速率的测试方法 - Google Patents

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Abstract

一种单裂纹最先起裂位置及扩展速率的测试方法。其技术方案是：单裂纹测试装置监测和记录待测试样(2)裂纹扩展过程；根据高速摄影机(7)记录的裂纹扩展监测仪(6)中6个指示灯(19)的熄灭顺序，依次绘制出与其相连的微敏电阻贴片(3)断裂位置，其中，先绘制的微敏电阻贴片(3)断裂位置为裂纹最先起裂位置；再测量相邻两个微敏电阻贴片(3)断裂处的距离L，用秒表(14)记录的电压表(13)的示数变化时的时刻t，记相邻两个断开的微敏电阻贴片(3)时间间隔Δt，则相邻两个断开微敏电阻贴片间裂纹扩展速率v＝L/Δt，平均速率v为待测试样(2)单裂纹扩展速率。本发明数据采集量小、裂纹最先起裂位置判定准确和测试的裂纹扩展速率与实际接近。

Description

一种单裂纹最先起裂位置及扩展速率的测试方法
技术领域
本发明属于岩石和尾砂胶结充填体性能检测技术领域。具体涉及一种单裂纹最先起裂位置及扩展速率的测试方法。
背景技术
单轴压缩实验中，岩石、尾砂胶结充填体等材料由于受到外界荷载的作用，材料往往产生裂纹进而破坏。大量的室内实验表明，材料受压产生裂纹的过程中有相当一部分裂纹为单裂纹形式。因此在研究材料受压过程中裂纹产生和扩展过程时，不可避免的要研究单裂纹的产生与扩展。
实验观察发现，岩石、尾砂胶结充填体等材料在受外界荷载作用下产生裂纹发生破坏是一个瞬态的过程，很难通过肉眼观察到裂纹扩展的过程，因而有必要研究出一种合适的仪器或方法来观察材料受压过程中裂纹产生和扩展过程，进而获取材料相关信息，包括裂纹起裂位置、扩展方向和扩展速率等。一旦能够有效的获取上述材料信息，就能更好的反映材料的相关物理力学性能，对于充分掌握材料受压的力学性能及指导现场施工具有重要的意义。
目前，对于材料受压过程中裂纹扩展的监测研究已经取得了迅速发展。有学者提出以聚合物、导电粒子和黏结剂为组成的裂纹监测速率传感器(李海鹏.一种用于监测裂纹速率的传感器:中国专利,CN20150857999.1[P].2015-10-30.)监测被测物体表面裂纹扩展速率。但是该种监测方法需要传感器在实验开始便采集数据，基于监测到的大量数据，依据电阻变化推测裂纹在试样表面扩展速率。该种监测方法需要传感器配套有足够大的内存空间，对硬件设施具有较高的要求。此外，该种监测方法无法监测到材料受压过程中裂纹最先起裂位置。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，目的在于提供一种数据采集量小、裂纹最先起裂位置判定准确和测试的裂纹扩展速率与实际接近的单裂纹最先起裂位置及扩展速率的测试方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体步骤是：
步骤一、安装单裂纹测试装置
单裂纹测试装置包括单轴压缩试验机(1)、裂纹扩展监测仪(6)和高速摄影机(7)；先在待测试样(2)的表面沿垂直方向等间距地粘贴有6个微敏电阻贴片(3)，6个微敏电阻贴片(3)中的最上一个和最下一个与待测试样(2)对应的上端和下端的距离均为9～11mm。
所述待测试样(2)的材质为岩石和尾砂胶结充填体。
所述表面为待测试样(2)面积最大的一个侧面。
第一电缆(4)的6根电线的各自一端依次与6个微敏电阻贴片(3)的各自一端对应连接，第一电缆(4)的6根电线的各自另一端分别通过第一排针与裂纹扩展监测仪(6)中的第一排母(17) 连接。第二电缆(5)的6根电线的各自一端依次与6个微敏电阻贴片(3)的各自另一端对应连接，第二电缆(5)的6根电线的各自另一端分别通过第二排针与裂纹扩展监测仪(6)中的第二排母 (18)对应连接。
所述裂纹扩展监测仪(6)的结构是：电源(9)的正极通过开关(10)与保护电阻(11)一端连接，保护电阻(11)的另一端与电流表(12)的正极和电压表(13)的正极连接。电流表(12)的负极与电阻 (15)的一端连接，电阻(15)的另一端与第一焊接板(16)连接，第一焊接板(16)上的6根电线分别与裂纹扩展监测仪(6)中的第一排母(17)对应连接；电压表(13)的负极通过秒表(14)与电阻(15) 的另一端连接。
电源(9)的负极通过第二焊接板(20)与指示灯(19)的一端连接，指示灯(19)的另一端与第二焊接板(20)相连，第二焊接板(20)的6根电线分别与裂纹扩展监测仪(6)中的第二排母(18)对应连接。
高速摄影机(7)与计算机(8)连接，高速摄影机(7)的镜头对准裂纹扩展监测仪(6)上的指示灯(19)。
步骤二、测试
先将待测试样(2)置于单轴压缩试验机(1)的工作平台上，裂纹扩展监测仪(6)通过开关(9) 接通电源，打开高速摄影机(7)。再启动单轴压缩试验机(1)，单轴压缩试验机(1)采用位移控制，位移控制的工作速率为0.01mm/s；当待测试样(2)的负荷达到0.1kN～0.2kN时，单轴压缩试验机(1)切换为负荷控制，负荷控制的工作速率为0.02kN/s～0.2kN/s。
在负荷控制过程中：当6个指示灯(19)中的一个指示灯第一个熄灭时，第一个熄灭的指示灯记为第一熄灭指示灯，高速摄影机(7)拍摄第一熄灭指示灯位置。与第一熄灭指示灯相连接的微敏电阻贴片(3)记为第一微敏电阻贴片(31)，即第一微敏电阻贴片(31)发生张拉破坏，则粘贴有第一微敏电阻贴片(31)的待测试样(2)处产生了裂纹；秒表(14)同时记录电压表(13)示数发生变化的时刻t1。
当6个指示灯(19)中的另一个指示灯第二个熄灭时，第二个熄灭的指示灯记为第二熄灭指示灯，高速摄影机(7)拍摄第二熄灭指示灯位置。与第二熄灭指示灯相连接的微敏电阻贴片 (3)记为第二微敏电阻贴片(32)，即第二微敏电阻贴片(32)发生张拉破坏，则粘贴有第二微敏电阻贴片(32)的待测试样(2)处产生了裂纹；秒表(14)同时记录电压表(13)示数发生变化的时刻t2。
……。
当6个指示灯(19)中的最后一个指示灯熄灭时，最后一个熄灭的指示灯为第六熄灭指示灯，高速摄影机(7)拍摄最后一个熄灭指示灯位置。与第六熄灭指示灯相连接的微敏电阻贴片 (3)记为第六微敏电阻贴片(36)，即第六微敏电阻贴片(36)发生张拉破坏，则粘贴有第六微敏电阻贴片(36)的待测试样(2)处产生了裂纹；秒表(14)同时记录电压表(13)示数发生变化的时刻t6。
此时，关闭单轴压缩试验机(1)，断开开关(10)，再将待测试样(2)从单轴压缩试验机(1)的工作平台上取出，断开微敏电阻贴片(3)与第一电缆(4)和第二电缆(5)的接线；关闭高速摄影机 (7)。
步骤三、数据处理
依据高速摄影机(7)拍摄到的裂纹扩展监测仪(6)中6个指示灯(19)熄灭的顺序，测试人员在画有待测试样(2)形态的白纸上标出第一微敏电阻贴片(31)的断裂位置、第二微敏电阻贴片 (32)的断裂位置、……、第六微敏电阻贴片(36)的断裂位置。用线条连接画有待测试样(2)形态的白纸上的六处微敏电阻贴片的断裂位置，该线条最终形态即为裂纹扩展轨迹线，画有待测试样(2)形态的白纸上标出的第一微敏电阻贴片(31)的断裂位置为裂纹最先起裂位置。
再根据高速摄影机(7)拍摄到的裂纹扩展监测仪(6)中的6个指示灯(19)熄灭的顺序，测量第一微敏电阻贴片(31)和第二微敏电阻贴片(32)断裂处的实际距离L12，则第一微敏电阻贴片 (31)和第二微敏电阻贴片(32)断裂处的裂纹扩展速率
然后测量第二微敏电阻贴片(32)和第三微敏电阻贴片(33)断裂处的实际距离L23，则第二微敏电阻贴片(32)和第三微敏电阻贴片(33)断裂处的裂纹扩展速率
……。
最后测量第五微敏电阻贴片(35)和第六微敏电阻贴片(36)断裂处的实际距离L56，则第五微敏电阻贴片(35)和第六微敏电阻贴片(36)断裂处的裂纹扩展速率
待测试样(3)的裂纹扩展平均速率即所述平均速率 v为待测试样(2)的单裂纹扩展速率。
本发明与现有技术相比具有如下效果：
①数据采集量小
本发明中用于粘贴待测试样(2)表面的微敏电阻贴片(3)和裂纹扩展监测仪(6)是一种即时监测装置，整个实验过程中无需采集大量数据，只有当裂纹扩展到粘有微敏电阻贴片(3)的待测试样(2)处时，微敏电阻贴片(3)才发生张拉破坏；同时，与断开的微敏电阻贴片(3)相连的指示灯(19)熄灭，高速摄影机(7)拍摄到熄灭指示灯位置，电压表(13)示数发生变化，裂纹扩展监测仪(6)才会采集到电压表(13)示数发生变化的时刻，故数据采集量小。
②裂纹最先起裂位置判定准确
当待测试样(2)受压时，待测试样(2)产生的裂纹会立即引起粘贴此处的微敏电阻贴片(3) 发生张拉破坏，即第一微敏电阻贴片(31)断裂位置为待测试样(2)裂纹最先起裂位置，故裂纹最先起裂位置判定准确。
③测试的裂纹扩展速率与实际接近
本发明计算了裂纹扩展贯通过程中的每两个相邻微敏电阻贴片(3)间的裂纹扩展速率v12、 v23、v34、v45、v56，将平均速率作为待测试样(2)的单裂纹扩展速率，能够有效的减弱实验过程中人为因素造成的误差，进而影响裂纹扩展速率测试值，故本发明测试的裂纹扩展速率结果与实际接近。
因此，本发明具有数据采集量小、裂纹最先起裂位置判定准确和测试的裂纹扩展速率与实际接近的特点。
附图说明
图1本发明一种单裂纹最先起裂位置及扩展速率的测试方法示意图；
图2是图1中裂纹扩展监测仪6的结构示意图；
图3是图1中一种待测试样2的裂纹扩展示意图；
图4是图1中另一种待测试样2的裂纹扩展示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述，并非对其保护范围的限制。
实施例1
一种单裂纹最先起裂位置及扩展速率的测试方法。本实施例所述的待测试样为灰砂比1∶ 6的尾砂胶结充填体，试件尺寸为40×60×120mm。
步骤一、安装单裂纹测试装置
如图1所示，单裂纹测试装置包括单轴压缩试验机(1)、裂纹扩展监测仪(6)和高速摄影机 (7)；先在待测试样(2)的表面沿垂直方向等间距地粘贴有6个微敏电阻贴片(3)，6个微敏电阻贴片(3)中的最上一个和最下一个与待测试样(2)对应的上端和下端的距离均为9～11mm。
如图1和图3所示，所述表面为待测试样(2)面积最大的一个侧面。
如图1所示，第一电缆(4)的6根电线的各自一端依次与6个微敏电阻贴片(3)的各自一端对应连接，第一电缆(4)的6根电线的各自另一端分别通过第一排针与裂纹扩展监测仪(6)中的第一排母(17)连接。第二电缆(5)的6根电线的各自一端依次与6个微敏电阻贴片(3)的各自另一端对应连接，第二电缆(5)的6根电线的各自另一端分别通过第二排针与裂纹扩展监测仪(6) 中的第二排母(18)对应连接。
如图2所示，所述裂纹扩展监测仪(6)的结构是：电源(9)的正极通过开关(10)与保护电阻 (11)一端连接，保护电阻(11)的另一端与电流表(12)的正极和电压表(13)的正极连接。电流表(12) 的负极与电阻(15)的一端连接，电阻(15)的另一端与第一焊接板(16)连接，第一焊接板(16)上的6根电线分别与裂纹扩展监测仪(6)中的第一排母(17)对应连接；电压表(13)的负极通过秒表 (14)与电阻(15)的另一端连接。
如图2所示，电源(9)的负极通过第二焊接板(20)与指示灯(19)的一端连接，指示灯(19)的另一端与第二焊接板(20)相连，第二焊接板(20)的6根电线分别与裂纹扩展监测仪(6)中的第二排母(18)对应连接。
如图1所示，高速摄影机(7)与计算机(8)连接，高速摄影机(7)的镜头对准裂纹扩展监测仪 (6)上的指示灯(19)。
步骤二、测试
先将待测试样(2)置于单轴压缩试验机(1)的工作平台上，裂纹扩展监测仪(6)通过开关(9) 接通电源，打开高速摄影机(7)。再启动单轴压缩试验机(1)，单轴压缩试验机(1)采用位移控制，位移控制的工作速率为0.01mm/s；当待测试样(2)的负荷达到0.1kN～0.2kN时，单轴压缩试验机(1)切换为负荷控制，负荷控制的工作速率为0.02kN/s～0.2kN/s。
如图3所示，在负荷控制过程中：当6个指示灯(19)中的一个指示灯第一个熄灭时，第一个熄灭的指示灯记为第一熄灭指示灯，高速摄影机(7)拍摄第一熄灭指示灯位置。与第一熄灭指示灯相连接的微敏电阻贴片(3)记为第一微敏电阻贴片(31)，即第一微敏电阻贴片(31)发生张拉破坏，则粘贴有第一微敏电阻贴片(31)的待测试样(2)处产生了裂纹；秒表(14)同时记录电压表(13)示数发生变化的时刻t1＝0.0ms。如图3所示，当6个指示灯(19)中的另一个指示灯第二个熄灭时，第二个熄灭的指示灯记为第二熄灭指示灯，高速摄影机(7)拍摄第二熄灭指示灯位置。与第二熄灭指示灯相连接的微敏电阻贴片(3)记为第二微敏电阻贴片(32)，即第二微敏电阻贴片(32)发生张拉破坏，则粘贴有第二微敏电阻贴片(32)的待测试样(2)处产生了裂纹；秒表(14)同时记录电压表(13)示数发生变化的时刻t2＝1.1ms。
类似地，当6个指示灯(19)中的第三、第四和第五个指示灯依次熄灭时，依次得到：
秒表(14)记录电压表(13)示数发生变化的时刻t3＝3.7ms；
秒表(14)记录电压表(13)示数发生变化的时刻t4＝4.6ms；
秒表(14)记录电压表(13)示数发生变化的时刻t5＝5.4ms。
当6个指示灯(19)中的最后一个指示灯熄灭时，最后一个熄灭的指示灯为第六熄灭指示灯，高速摄影机(7)拍摄最后一个熄灭指示灯位置。与第六熄灭指示灯相连接的微敏电阻贴片 (3)记为第六微敏电阻贴片(36)，即第六微敏电阻贴片(36)发生张拉破坏，则粘贴有第六微敏电阻贴片(36)的待测试样(2)处产生了裂纹；秒表(14)同时记录电压表(13)示数发生变化的时刻 t6＝6.1ms。
此时，关闭单轴压缩试验机(1)，断开开关(10)，再将待测试样(2)从单轴压缩试验机(1)的工作平台上取出，断开微敏电阻贴片(3)与第一电缆(4)和第二电缆(5)的接线；关闭高速摄影机 (7)。
步骤三、数据处理
依据高速摄影机(7)拍摄到的裂纹扩展监测仪(6)中6个指示灯(19)熄灭的顺序，如图3所示，测试人员在画有待测试样(2)形态的白纸上依次标出第一微敏电阻贴片(31)断裂位置、第二微敏电阻贴片(32)断裂位置、第三微敏电阻贴片(33)断裂位置、第四微敏电阻贴片(34)断裂位置、第五微敏电阻贴片(35)断裂位置和第六微敏电阻贴片(36)断裂位置。用线条连接画有待测试样(2)形态的白纸上的六处微敏电阻贴片的断裂位置，该线条最终形态即为裂纹扩展轨迹线，画有待测试样(2)形态的白纸上标出的第一微敏电阻贴片(31)的断裂位置为裂纹最先起裂位置。
再根据高速摄影机(7)拍摄到的裂纹扩展监测仪(6)中的6个指示灯(19)熄灭的顺序，测量第一微敏电阻贴片(31)和第二微敏电阻贴片(32)断裂处的实际距离L12＝20.2mm，则第一微敏电阻贴片(31)和第二微敏电阻贴片(32)断裂处的裂纹扩展速率
然后测量第二微敏电阻贴片(32)和第三微敏电阻贴片(33)断裂处的实际距离L23＝42.3mm，则第二微敏电阻贴片(32)和第三微敏电阻贴片(33)断裂处的裂纹扩展速率
类似地，依次得到：
第三微敏电阻贴片(33)和第四微敏电阻贴片(34)断裂处的裂纹扩展速率
第四微敏电阻贴片(34)和第五微敏电阻贴片(35)断裂处的裂纹扩展速率
第五微敏电阻贴片(35)和第六微敏电阻贴片(36)断裂处的裂纹扩展速率
待测试样(3)的裂纹扩展平均速率v：
即所述平均速率v为待测试样(2)的单裂纹扩展速率。
实施例2
一种单裂纹最先起裂位置及扩展速率的测试方法。本实施例所述的待测试样为岩石，具体为红砂岩，试件尺寸为40×60×120mm。步骤一、安装单裂纹测试装置
如图1所示，单裂纹测试装置包括单轴压缩试验机(1)、裂纹扩展监测仪(6)和高速摄影机 (7)；先在待测试样(2)的表面沿垂直方向等间距地粘贴有6个微敏电阻贴片(3)，6个微敏电阻贴片(3)中的最上一个和最下一个与待测试样(2)对应的上端和下端的距离均为9～11mm。
如图1和图4所示，所述表面为待测试样(2)面积最大的一个侧面。
如图1所示，第一电缆(4)的6根电线的各自一端依次与6个微敏电阻贴片(3)的各自一端对应连接，第一电缆(4)的6根电线的各自另一端分别通过第一排针与裂纹扩展监测仪(6)中的第一排母(17)连接。第二电缆(5)的6根电线的各自一端依次与6个微敏电阻贴片(3)的各自另一端对应连接，第二电缆(5)的6根电线的各自另一端分别通过第二排针与裂纹扩展监测仪(6) 中的第二排母(18)对应连接。
如图2所示，所述裂纹扩展监测仪(6)的结构是：电源(9)的正极通过开关(10)与保护电阻 (11)一端连接，保护电阻(11)的另一端与电流表(12)的正极和电压表(13)的正极连接。电流表(12) 的负极与电阻(15)的一端连接，电阻(15)的另一端与第一焊接板(16)连接，第一焊接板(16)上的6根电线分别与裂纹扩展监测仪(6)中的第一排母(17)对应连接；电压表(13)的负极通过秒表 (14)与电阻(15)的另一端连接。
如图2所示，电源(9)的负极通过第二焊接板(20)与指示灯(19)的一端连接，指示灯(19)的另一端与第二焊接板(20)相连，第二焊接板(20)的6根电线分别与裂纹扩展监测仪(6)中的第二排母(18)对应连接。
如图1所示，高速摄影机(7)与计算机(8)连接，高速摄影机(7)的镜头对准裂纹扩展监测仪 (6)上的指示灯(19)。
步骤二、测试
先将待测试样(2)置于单轴压缩试验机(1)的工作平台上，裂纹扩展监测仪(6)通过开关(9) 接通电源，打开高速摄影机(7)。再启动单轴压缩试验机(1)，单轴压缩试验机(1)采用位移控制，位移控制的工作速率为0.01mm/s；当待测试样(2)的负荷达到0.1kN～0.2kN时，单轴压缩试验机(1)切换为负荷控制，负荷控制的工作速率为0.02kN/s～0.2kN/s。
如图4所示，在负荷控制过程中：当6个指示灯(19)中的一个指示灯第一个熄灭时，第一个熄灭的指示灯记为第一熄灭指示灯，高速摄影机(7)拍摄第一熄灭指示灯位置。与第一熄灭指示灯相连接的微敏电阻贴片(3)记为第一微敏电阻贴片(31)，即第一微敏电阻贴片(31)发生张拉破坏，则粘贴有第一微敏电阻贴片(31)的待测试样(2)处产生了裂纹；秒表(14)同时记录电压表(13)示数发生变化的时刻t1＝0.0ms。
如图4所示，当6个指示灯(19)中的另一个指示灯第二个熄灭时，第二个熄灭的指示灯记为第二熄灭指示灯，高速摄影机(7)拍摄第二熄灭指示灯位置。与第二熄灭指示灯相连接的微敏电阻贴片(3)记为第二微敏电阻贴片(32)，即第二微敏电阻贴片(32)发生张拉破坏，则粘贴有第二微敏电阻贴片(32)的待测试样(2)处产生了裂纹；秒表(14)同时记录电压表(13)示数发生变化的时刻t2＝0.4ms。
类似地，当6个指示灯(19)中的第三、第四和第五个指示灯依次熄灭时，依次得到：
秒表(14)记录电压表(13)示数发生变化的时刻t3＝0.8ms；
秒表(14)记录电压表(13)示数发生变化的时刻t4＝1.4ms；
秒表(14)记录电压表(13)示数发生变化的时刻t5＝1.7ms。
当6个指示灯(19)中的最后一个指示灯熄灭时，最后一个熄灭的指示灯为第六熄灭指示灯，高速摄影机(7)拍摄最后一个熄灭指示灯位置。与第六熄灭指示灯相连接的微敏电阻贴片 (3)记为第六微敏电阻贴片(36)，即第六微敏电阻贴片(36)发生张拉破坏，则粘贴有第六微敏电阻贴片(36)的待测试样(2)处产生了裂纹；秒表(14)同时记录电压表(13)示数发生变化的时刻 t6＝2.0ms。
此时，关闭单轴压缩试验机(1)，断开开关(10)，再将待测试样(2)从单轴压缩试验机(1)的工作平台上取出，断开微敏电阻贴片(3)与第一电缆(4)和第二电缆(5)的接线；关闭高速摄影机 (7)。
步骤三、数据处理
依据高速摄影机(7)拍摄到的裂纹扩展监测仪(6)中6个指示灯(19)熄灭的顺序，测试人员在画有待测试样(2)形态的白纸上依次标出第一微敏电阻贴片(31)的断裂位置、第二微敏电阻贴片(32)的断裂位置、第三微敏电阻贴片(33)的断裂位置、第四微敏电阻贴片(34)的断裂位置、第五微敏电阻贴片(35)的断裂位置和第六微敏电阻贴片(36)的断裂位置。用线条连接画有待测试样(2)形态的白纸上的六处微敏电阻贴片的断裂位置，该线条最终形态即为裂纹扩展轨迹线，画有待测试样(2)形态的白纸上标出的第一微敏电阻贴片(31)的断裂位置为裂纹最先起裂位置。
再根据高速摄影机(7)拍摄到的裂纹扩展监测仪(6)中的6个指示灯(19)熄灭的顺序，测量第一微敏电阻贴片(31)和第二微敏电阻贴片(32)断裂处的实际距离L12＝20.2mm，则第一微敏电阻贴片(31)和第二微敏电阻贴片(32)断裂处的裂纹扩展速率
然后测量第二微敏电阻贴片(32)和第三微敏电阻贴片(33)断裂处的实际距离L23＝16.8mm，则第二微敏电阻贴片(32)和第三微敏电阻贴片(33)断裂处的裂纹扩展速率
类似地，依次得到：
第三微敏电阻贴片(33)和第四微敏电阻贴片(34)断裂处的裂纹扩展速率
第四微敏电阻贴片(34)和第五微敏电阻贴片(35)断裂处的裂纹扩展速率
第五微敏电阻贴片(35)和第六微敏电阻贴片(36)断裂处的裂纹扩展速率
待测试样(3)的裂纹扩展平均速率v：
即所述平均速率v为待测试样(2)的单裂纹扩展速率。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下效果：
①数据采集量小
本具体实施方式中用于粘贴待测试样(2)表面的微敏电阻贴片(3)和裂纹扩展监测仪(6)是一种即时监测装置，整个实验过程中无需采集大量数据，只有当裂纹扩展到粘有微敏电阻贴片(3)的待测试样(2)处时，微敏电阻贴片(3)才发生张拉破坏；同时，与断开的微敏电阻贴片(3) 相连的指示灯(19)熄灭，高速摄影机(7)拍摄到熄灭指示灯位置，电压表(13)示数发生变化，裂纹扩展监测仪(6)才会采集到电压表(13)示数发生变化的时刻，故数据采集量小。
②裂纹最先起裂位置判定准确
当待测试样(2)受压时，待测试样(2)产生的裂纹会立即引起粘贴此处的微敏电阻贴片(3) 发生张拉破坏，即第一微敏电阻贴片(31)断裂位置为待测试样(2)裂纹最先起裂位置，故裂纹最先起裂位置判定准确。
③测试的裂纹扩展速率与实际接近
本具体实施方式计算了裂纹扩展贯通过程中的每两个相邻微敏电阻贴片(3)间的裂纹扩展速率v12、v23、v34、v45、v56，将平均速率作为待测试样(2) 的单裂纹扩展速率，能够有效的减弱实验过程中人为因素造成的误差，进而影响裂纹扩展速率测试值，故本具体实施方式测试的裂纹扩展速率结果与实际接近。
因此，本具体实施方式具有数据采集量小、裂纹最先起裂位置判定准确和测试的裂纹扩展速率与实际接近的特点。

Claims (3)

1.一种单裂纹最先起裂位置及扩展速率的测试方法，其特征在于所述测试方法的具体步骤是：
步骤一、安装单裂纹测试装置
单裂纹测试装置包括单轴压缩试验机(1)、裂纹扩展监测仪(6)和高速摄影机(7)；先在待测试样(2)的表面沿垂直方向等间距地粘贴有6个微敏电阻贴片(3)，6个微敏电阻贴片(3)中的最上一个和最下一个与待测试样(2)对应的上端和下端的距离均为9～11mm；
第一电缆(4)的6根电线的各自一端依次与6个微敏电阻贴片(3)的各自一端对应连接，第一电缆(4)的6根电线的各自另一端分别通过第一排针与裂纹扩展监测仪(6)中的第一排母(17)连接；第二电缆(5)的6根电线的各自一端依次与6个微敏电阻贴片(3)的各自另一端对应连接，第二电缆(5)的6根电线的各自另一端分别通过第二排针与裂纹扩展监测仪(6)中的第二排母(18)对应连接；
所述裂纹扩展监测仪(6)的结构是：电源(9)的正极通过开关(10)与保护电阻(11)一端连接，保护电阻(11)的另一端与电流表(12)的正极和电压表(13)的正极连接；电流表(12)的负极与电阻(15)的一端连接，电阻(15)的另一端与第一焊接板(16)连接，第一焊接板(16)上的6根电线分别与裂纹扩展监测仪(6)中的第一排母(17)对应连接；电压表(13)的负极通过秒表(14)与电阻(15)的另一端连接；
电源(9)的负极通过第二焊接板(20)与指示灯(19)的一端连接，指示灯(19)的另一端与第二焊接板(20)相连，第二焊接板(20)的6根电线分别与裂纹扩展监测仪(6)中的第二排母(18)对应连接；
高速摄影机(7)与计算机(8)连接，高速摄影机(7)的镜头对准裂纹扩展监测仪(6)上的指示灯(19)；
步骤二、测试
先将待测试样(2)置于单轴压缩试验机(1)的工作平台上，裂纹扩展监测仪(6)通过开关(9)接通电源，打开高速摄影机(7)；再启动单轴压缩试验机(1)，单轴压缩试验机(1)采用位移控制，位移控制的工作速率为0.01mm/s；当待测试样(2)的负荷达到0.1kN～0.2kN时，单轴压缩试验机(1)切换为负荷控制，负荷控制的工作速率为0.02kN/s～0.2kN/s；
在负荷控制过程中：当6个指示灯(19)中的一个指示灯第一个熄灭时，第一个熄灭的指示灯记为第一熄灭指示灯，高速摄影机(7)拍摄第一熄灭指示灯位置；与第一熄灭指示灯相连接的微敏电阻贴片(3)记为第一微敏电阻贴片(31)，即第一微敏电阻贴片(31)发生张拉破坏，则粘贴有第一微敏电阻贴片(31)的待测试样(2)处产生了裂纹；秒表(14)同时记录电压表(13)示数发生变化的时刻t1；
当6个指示灯(19)中的另一个指示灯第二个熄灭时，第二个熄灭的指示灯记为第二熄灭指示灯，高速摄影机(7)拍摄第二熄灭指示灯位置；与第二熄灭指示灯相连接的微敏电阻贴片(3)记为第二微敏电阻贴片(32)，即第二微敏电阻贴片(32)发生张拉破坏，则粘贴有第二微敏电阻贴片(32)的待测试样(2)处产生了裂纹；秒表(14)同时记录电压表(13)示数发生变化的时刻t2；
……；
当6个指示灯(19)中的最后一个指示灯熄灭时，最后一个熄灭的指示灯为第六熄灭指示灯，高速摄影机(7)拍摄最后一个熄灭指示灯位置；与第六熄灭指示灯相连接的微敏电阻贴片(3)记为第六微敏电阻贴片(36)，即第六微敏电阻贴片(36)发生张拉破坏，则粘贴有第六微敏电阻贴片(36)的待测试样(2)处产生了裂纹；秒表(14)同时记录电压表(13)示数发生变化的时刻t6；
此时，关闭单轴压缩试验机(1)，断开开关(10)，再将待测试样(2)从单轴压缩试验机(1)的工作平台上取出，断开微敏电阻贴片(3)与第一电缆(4)和第二电缆(5)的接线；关闭高速摄影机(7)；
步骤三、数据处理
依据高速摄影机(7)拍摄到的裂纹扩展监测仪(6)中6个指示灯(19)熄灭的顺序，测试人员在画有待测试样(2)形态的白纸上标出第一微敏电阻贴片(31)的断裂位置、第二微敏电阻贴片(32)的断裂位置、……、第六微敏电阻贴片(36)的断裂位置；用线条连接画有待测试样(2)形态的白纸上的六处微敏电阻贴片的断裂位置，该线条最终形态即为裂纹扩展轨迹线，画有待测试样(2)形态的白纸上标出的第一微敏电阻贴片(31)的断裂位置为裂纹最先起裂位置；
再根据高速摄影机(7)拍摄到的裂纹扩展监测仪(6)中的6个指示灯(19)熄灭的顺序，测量第一微敏电阻贴片(31)和第二微敏电阻贴片(32)断裂处的实际距离L12，则第一微敏电阻贴片(31)和第二微敏电阻贴片(32)断裂处的裂纹扩展速率
然后测量第二微敏电阻贴片(32)和第三微敏电阻贴片(33)断裂处的实际距离L23，则第二微敏电阻贴片(32)和第三微敏电阻贴片(33)断裂处的裂纹扩展速率
……；
最后测量第五微敏电阻贴片(35)和第六微敏电阻贴片(36)断裂处的实际距离L56，则第五微敏电阻贴片(35)和第六微敏电阻贴片(36)断裂处的裂纹扩展速率
待测试样(3)的裂纹扩展平均速率即所述平均速率v为待测试样(2)的单裂纹扩展速率。
2.根据权利要求1所述的单裂纹最先起裂位置及扩展速率的测试方法，其特征在于所述待测试样(2)的材质为岩石和尾砂胶结充填体。
3.根据权利要求1所述的单裂纹最先起裂位置及扩展速率的测试方法，其特征在于表面为待测试样(2)面积最大的一个侧面。
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