用直切槽巴西圆盘试样柔度法确定岩石的弹性模量

利用线弹性断裂力学的柔度法标定技术，建立了用直切槽巴西圆盘（ＣＳＴＢＤ）试样确定岩石拉伸弹性模量的方法。采用三维等参边界元法对ＣＳＴＢＤ试样几何进行标定，获得了仅依赖于试样几何的无量纲弹性柔度Ｅ′ＣｓＢ，其中Ｂ是已知试样厚度，Ｃｓ是弹性柔度，Ｅ′是待定的拉伸弹性模量，通过试验测得Ｃｓ就可确定出Ｅ′。对取自四川某地灰岩进行了两种不同尺寸ＣＳＴＢＤ试样的弹性柔度测试，进而计算出岩石弹性模量。结果表明，用建议方法计算出岩石弹性模量与按照ＡＳＴＭ标准进行单轴拉伸试验所获得的拉伸弹性模量比较，二者吻合较好。在试验中尺寸效应不明显。此方法还能够获得岩石断裂韧度ＫＩｃ。

用CSTBD试样确定砂岩的动态起裂和扩展韧度

利用大直径霍普金森压杆径向冲击中心直裂纹巴西圆盘(CSTBD)砂岩试样,完成Ⅰ型动态断裂实验。利用实验-数值方法确定了不同动态加载率下砂岩的动态起裂韧度;结合实验-数值法以及普适函数确定了不同裂纹扩展速度下砂岩的动态扩展韧度。为验证普适函数法和实验-数值法的有效性,将实验所得结果与其他学者的研究成果进行了对比分析,得到了相同的规律。所确定的岩石动态起裂韧度和动态扩展韧度分别随动态加载率的提高和裂纹扩展速度的提高而增加。

预制裂缝宽度对变尺寸圆盘试样应力强度因子的影响

为研究了预制裂缝宽度对不同尺寸圆盘试样无量纲应力强度因子的影响,采用ABAQUS有限元软件,对圆盘直径分别为40,80,100,120,200 mm,预制裂缝宽度0~2.0 mm内的直裂缝平台巴西圆盘试样进行数值分析,基于等效区域积分法标定了在裂缝长度与圆盘直径比为0.55条件下的无量纲应力强度因子。结果表明,在圆盘直径一定条件下,无量纲应力强度因子随着裂缝宽度增加而增加,最大相对误差为13.53%;随着圆盘直径增大,预制裂缝宽度带来的影响相对减弱,但最大相对误差仍然超过3%。给出了消除预制裂缝宽度影响的无量纲应力强度因子修正公式,为采用含有预制裂缝的圆盘试样准确确定岩石的断裂韧度提供理论支持。

岩石Π型断裂韧度剖面的预测研究

水力裂缝的起裂、扩展和转向主要受岩石Π型断裂韧度的影响,岩石断裂韧度参数的获取对水力压裂施工设计有重要的影响。然而,直接测量岩石断裂韧度具有费用高、可用岩心数量有限、转向时间长等缺点,因此,本文在直切口巴西圆盘方法的基础上发展了Π型岩石断裂韧度新型测量法,并在在测井资料的基础上建立了求取岩石断裂韧度剖面的数学模型,为后续压裂施工设计提供了纵向上连续的准确的岩石断裂韧度数据。