用带中心孔巴西圆盘试样测定岩石断裂韧度的研究

提出了一种用带中心孔巴西肋试样测定岩石断裂韧度的方法：首先利用Ｇｒｉｆｆｉｔｈ理论确定径向均布载荷作用下试样沿加载直径与孔边交点发生起裂的充分条件,然后对带中心孔平台加载的巴西圆盘试样采用二维边界元法标定出岩石的最大无量纲应力强度因子Ｙｍａｘ,并利用加载位移曲线获得载荷极小值Ｐｍｉｎ,用提出的方法所获得的一种灰岩的断裂韧度ＫＩＣ值与国际岩石力学迷会建议的人字形切槽试验法获得的该岩样标准ＫＩＣ值基本     

脉冲载荷影响岩石动态断裂韧性的有限元分析

依据岩石材料的力学性质以及中心裂纹圆盘试件在脆性材料断裂韧度测试方面的优越性,提出了在霍布金森压杆上使用中心裂纹圆盘试件来测试岩石动态断裂韧度的试验方法。利用有限元分析软件,通过对该试验系统的纯Ⅰ型加载情况下的三维动力学有限元计算,系统的分析了加载脉冲上升沿对岩石类材料动态断裂韧度测试的影响。通过比较中心裂纹圆盘试件动态应力强度因子的近场解和远场解,依据有限元分析结果确定动载荷脉冲上升沿时间对岩石动态应力强度因子的影响,从而选择合理的时间值。     

温度对岩石类材料断裂性能的影响研究

根据CCCD-SHPB测试原理,利用平台巴西圆盘研究温度对岩石类材料断裂性能的影响,实验过程中通过控制加载脉冲,使得测试试件的加载速率基本一致,仅改变试件测试的环境温度.根据中心裂纹圆盘试件断裂韧性测试方法,在SHPB装置上完成岩石类材料的动态断裂韧度随温度变化的测试,获得了不同温度下中心裂纹巴西圆盘岩石试件的动态断裂韧度.     

岩石动态断裂韧度温度相关性的实验研究

利用CCCD-SHPB(Central Cracked Circular Disk-Split Hopkinson Pressure Bar)试验系统对花岗岩试件实施同一加载速率、不同温度下的纯I加载试验,进而研究环境温度对岩石类材料动态断裂性能的影响。实验过程中控制加载脉冲,使得测试试件的加载速率基本一致,测得不同温度下试件两端平均载荷P珔随时间的变化关系,将最大P珔max代入中心裂纹圆盘应力强度因子K I公式,获得不同温度下中心裂纹巴西圆盘岩石试件的动态断裂韧度K Id。测试结果表明,温度处于10~100℃时,花岗岩动态断裂韧度K Id随着温度的升高逐步下降,近似呈线性关系。     

岩石动态断裂试验

对于ＩＮＳＴＲＯＮ试验机，开发了高速加载试验控制软件，并利用该软件进行岩石动态断裂韧度试验研究，试验表明：ＩＮＳＴＲＯＮ试验机和开发的软件结合，能对各种材料进行动态断裂试验，并能揭示岩石动态断裂韧度存在的某些特征，是在中等应变速率加载范围内进行高速加载试验的理想工具。     

岩石断裂韧性测试中的若干问题

本文分析了加载系统的刚度对岩石断裂韧性的影响，探讨了岩石断裂韧度的依时性，并对岩石断裂中的非奇应力效应进行了分析．     

加载速率对岩石动态断裂韧度影响的试验

摘要：
采用CCCD SHPB(Central Cracked Circular Disk Split Hopkinson Pressure Bar)试验系统对花岗岩试件实施不同加载速率下的纯Ι型加载试验,测得平均载荷P(t)随时间的变化关系.将实测的载荷代入到推广的中心裂纹圆盘试件应力强度因子计算公式,获得花岗岩在不同加载速率下的动态断裂韧度,揭示加载速率与动态断裂韧度的相关性.试验结果表明,加载速率为50~350 GPa·m1/2/s时,随加载速率的增加,断裂韧度呈现出线性上升趋势.
关键词：
动态断裂韧度; 加载速率; 霍普金森压杆; 中心裂纹圆盘
中图分类号： TU 45
文献标志码： A     

中低速冲击载荷作用下SCT岩石试样Ⅰ型裂纹的动态扩展行为

为研究侧开单裂纹三角形(SCT)岩石试样的动态扩展行为和断裂韧度,采用落锤冲击实验系统进行动态加载,通过裂纹扩展计(CPG)得到裂纹的断裂时间和扩展速度;用有限差分软件AUTODYN进行数值模拟,验证实验结果的可靠性;将实验测量的载荷条件代入有限元软件ABAQUS建立的数值模型中,得到动态应力强度因子时程曲线,通过普适函数修正后,利用断裂时间得到动态断裂韧度。研究结果表明:SCT试件构型能够较好地应用于岩石动态扩展行为的研究;砂岩的扩展韧度与裂纹扩展速度呈负相关;数值模拟得到的裂纹扩展路径与实验结果基本一致,裂纹扩展速度不为常数;岩石裂纹动态扩展过程中可能存在止裂现象,止裂韧度大于扩展韧度,但与起裂韧度相差不大。     

剪切盒加载下岩石剪切(Ⅱ型)断裂韧度KⅡc的测定

采用剪切盒实验获得了岩石的Ⅱ型断裂并测定了岩石的Ⅱ型断裂韧度KⅡc,通过有限单元法中的位移法推导出剪切盒加载下双切口试样的Ⅱ型应力强度因子KⅡ的一般计算公式,并探讨了KⅡc的尺寸效应和Ⅱ型断裂机理.实验及数值计算结果表明在剪切盒加载下,裂纹尖端最大拉应力始终低于岩石的拉伸强度,最大剪应力大于其对应压应力下的剪切强度,且Ⅱ型最大应力强度因子KⅡmax为Ⅰ型最大应力强度因子KImax的2～4倍,从而导致产生Ⅱ型断裂;测得的KⅡ c值随无量纲切口长度(2a/W)的增加而降低,当2a/W≥0.7,且B≥W,α为65°～75°时,Kc趋近于一个常数,该常数为Ⅰ型断裂韧度KIc的2～3倍,可认为是较合理的岩石Ⅱ型断裂韧度值;剪切盒实验是一种测定岩石KⅡc的行之有效的方法.     

平端压头静力侵入岩石的数值研究

在对实际试验条件做合理简化的基础上,进行了平端压头侵入红砂岩的模拟研究。首先根据FLAC3D接触面理论建立接触面单元。然后,将基于应变等效的损伤模型引入仿真,对模拟过程进行了分析。最后,通过对比仿真和试验结果,分析压头尺寸和加载速率对压头侵入的影响。平端压头静力侵入岩石的结果与试验观测吻合。由仿真结果可知:岩石是由压头下端密实核外围剪切膨胀引起裂纹扩展破坏的,压头半径越大越难于侵入,并且压头半径与载荷存在近似线性相关,加载速率对侵入功有影响。     

岩石材料动态断裂韧性的实验研究

为了研究岩石类材料的动态力学性能及动态破坏机理,防止出现岩石爆裂造成灾难性破坏,根据中心裂纹圆盘试件断裂韧性测试方法和分离式霍普金森压杆的基本原理,在SHPB装置上测试了花岗岩的动态断裂韧性。对测试结果按照SHPB基本原理进行处理,以试件两端平均载荷带入准静态公式得到动态断裂韧性。处理结果表明,用试件两端平均载荷获得岩石动态断裂韧性的实验方法有效的;花岗岩的动态断裂韧性具有加载速率相关性,随着加载速率的增加断裂韧性增大。     

切缝尺寸对大理岩动态断裂韧度的影响

切缝尺寸对能否测得有效的岩石动态断裂韧度是一个关键的因素。本文从宏观上探讨了切缝尺寸对大理岩动态断裂韧度的影响 ,并用分形理论从微观上对其进行定量研究 ,获得了满意的结论。图 4,表 1 ,参 4。     

水力压裂的能量平衡与断裂韧度

通过对常用水力压裂模型中忽略岩石断裂韧度效应这一现象的讨论,给出了全面考虑水力压裂中各种影响因素的能量平衡方程,并由此建立了通过水力压裂实验直接确定岩石视在K_(1c)值的方法。最后通过对影响岩石视在断裂韧度因素的讨论,论证了水力压裂法确定的岩石视在K_(1c)值大大地大于标准3点弯曲实验值的必然性。     

混杂钢纤维高强混凝土断裂特性研究

采用楔入劈拉试验方法,利用标准紧凑拉伸公式与楔入劈拉经验公式分别计算高强混凝土及混杂钢纤维高强混凝土的双K断裂韧度和断裂能,经比较发现用紧凑拉伸公式计算的失稳断裂韧度值是经验公式的0.85～0.87倍,因此建议采用尺寸符合标准紧凑拉伸要求的试件进行试验确定断裂韧度.分析了纤维混杂后纤维类型、纤维长度、纤维掺量对混凝土增强、增韧的影响,试验结果表明随着混凝土强度增加,断裂韧度、断裂能增大.最后建议高强混凝土采用双K断裂韧度作为韧性评价指标,高强钢纤维混凝土采用断裂能作为韧性评价指标.     

试件形式对混凝土失稳韧度KIC^un的影响

为了确定用三点弯曲梁和楔入劈拉两种形式试件所测的混凝土失稳韧度KIunC是否相同以及有多大差异,从两种形式试件KIuCn的比值入手,对二者失稳韧度的关系进行了分析.结果表明,当试件的混凝土材料相同、高度也相同时,用三点弯曲梁和楔入劈拉试件测得的混凝土失稳韧度差异甚小.     

油水含量对砂岩断裂韧性的影响

为研究油水含量对砂岩断裂韧性的影响,提出了一种新的砂岩试件油水饱和方法,并通过三点弯实验测试了不同油水含量下砂岩的断裂韧性。研究发现:当砂岩孔隙中仅含有一种饱和流体时,饱和油砂岩的断裂韧性比饱和水砂岩的断裂韧性大;当试件中含有两种饱和流体时,油水混合试件的断裂韧性介于饱和油、饱和水试件的断裂韧性之间;饱和油、饱和水及油水混合砂岩试件的断裂韧性比干燥试件断裂韧性低10%~50%。微观角度上,从吸附作用、水化作用、黏土膨胀和毛细管力等方面分析了油水含量对砂岩断裂韧性的影响;水化作用比毛细管力对砂岩断裂韧性的影响显著。宏观角度上,基于应力-应变曲线对砂岩断裂过程进行了能量耗散分析;所有试件均有能量耗散,耗散能量比为5%~30%;干燥试件的能量耗散比低于油水混合试件的能量耗散比,平均低约10%。     

混凝土环氧树脂黏结界面的断裂性能分析

采用夹心楔入劈拉试件并结合双K断裂模型研究混凝土-环氧树脂黏结界面断裂性能.相比于原混凝土试件,环氧树脂注胶后形成的夹心试件的起裂荷载、极限荷载、双K断裂参数以及断裂能均有增长,而黏聚断裂韧度值没有提高;粗糙界面试件的黏聚断裂韧度试验值与采用软化曲线计算得到的黏聚断裂韧度计算值相等,光滑界面试件由于壁效应的存在,黏聚断裂韧度较低.可以认为环氧树脂注胶技术推迟了裂缝的再开展,使得起裂断裂韧度提高,采用起裂断裂韧度代入裂缝偏折判断条件进行界面裂缝偏折判断时,结果与试验相符.