平台圆环试件断裂韧性测试及其尺度效应研究

针对钻探、爆破及隧道开挖等工程中岩体裂纹扩展问题,利用平台圆环试件测定岩石I型断裂韧性,运用Griffith强度准则对径向加载作用下试样加载直径方向的起裂位置进行了判定,采用有限元方法标定出了平台圆环试件最大无量纲应力强度因子,最后进行了载荷-位移曲线及裂纹扩展过程的分析和局部最小载荷的选取。研究结果表明:加载直径与孔边交点处取得等效Griffith应力最大值,保证了试件中心起裂;位移随平台角增大而减小,随孔径比减小而增大;试验结果与理论分析基本吻合,证明平台圆环试件获得的断裂韧性值是可靠的。此外,基于BAZANT提出的尺度效应,还对平台圆环试样用于断裂韧性测试的尺寸效应问题进行了初步探讨。

中心直裂纹圆盘无量纲应力强度因子获取精度研究

岩石断裂韧性是岩石抵抗裂纹扩展能力的表征,而无量纲应力强度因子是计算断裂韧性的关键参数,目前众多国内外学者采用Atkinson给出的中心裂纹圆盘试件的近似公式获取中心直裂纹圆盘的无量纲应力强度因子。对Atkinson给出的无量纲应力强度因子近似公式及中心裂纹圆盘试件的级数解精度进行了研究,并给出了较广范围的产生纯Ⅱ型裂纹加载条件,还采用有限元方法标定了不同预制裂纹宽度时中心直裂纹圆盘Ⅰ型裂纹的无量纲应力强度因子。分析结果表明:YⅠ随着相对裂纹宽度增大逐渐减小,且当相对裂纹宽度大于0.01后,YⅠ变化幅度逐渐减小;不同裂纹宽度条件下,YⅠ随加载角变化的规律相同。当裂纹宽度仅为0.1 mm时,其无量纲应力强度因子解析解与数值解会产生很大偏差,因此在断裂韧性测试中应根据实测的裂纹宽度对无量纲应力强度因子进行标定。