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Dynamic notched semi-circle bend(NSCB) method for measuring fracture properties of rocks:Fundamentals and applications 被引量:9
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作者 Wei Yao Kaiwen Xia 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2019年第5期1066-1093,共28页
Rocks are increasingly used in extreme environments characterised by high loading rates and high confining pressures.Thus the fracture properties of rocks under dynamic loading and confinements are critical in various... Rocks are increasingly used in extreme environments characterised by high loading rates and high confining pressures.Thus the fracture properties of rocks under dynamic loading and confinements are critical in various rock mechanics and rock engineering problems.Due to the transient nature of dynamic loading,the dynamic fracture tests of rocks are much more challenging than their static counterparts.Understanding the dynamic fracture behaviour of geomaterials relies significantly on suitable and reliable dynamic fracture testing methods.One of such methods is the notched semi-circle bend(NSCB)test combined with the advanced split Hopkinson pressure bar(SHPB)system,which has been recommended by the International Society for Rock Mechanics and Rock Engineering(ISRM)as the standard method for the determination of dynamic fracture toughness.The dynamic NSCB-SHPB method can provide detailed insights into dynamic fracture properties including initiation fracture toughness,fracture energy,propagation fracture toughness and fracture velocity.This review aims to fully describe the detailed principles and state-of-the-art applications of dynamic NSCB-SHPB techniques.The history and principles of dynamic NSCB-SHPB tests for rocks are outlined,and then the applications of dynamic NSCB-SHPB method(including the measurements of initiation and propagation fracture toughnesses and the limiting fracture velocity,the size effect and the digital image correlation(DIC)experiments)are discussed.Further,other applications of dynamic NSCB-SHPB techniques(i.e.the thermal,moisture and anisotropy effects on the dynamic fracture properties of geomaterials,and dynamic fracture toughness of geomaterials under pre-loading and hydrostatic pressures)are presented. 展开更多
关键词 ROCKS Split Hopkinson pressure bar(SHPB) notched semi-circle bend(nscb) High loading rate DYNAMIC FRACTURE
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中心直裂纹半圆盘试样的石灰岩断裂韧度尺寸效应试验研究 被引量:18
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作者 张盛 王龙飞 +3 位作者 常旭 王东坤 王小良 乔洋 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1740-1749,1760,共11页
为了考察试样尺寸和预制裂缝长度对岩石断裂韧度测试值的影响,采用4种圆盘半径分别为25.0、37.5、50.0、75.0 mm,预制裂缝长度与圆盘试样半径比值(无量纲裂缝长度)在0.3~0.7范围内的中心直裂纹半圆盘石灰岩试样(NSCB)进行了三点弯曲断... 为了考察试样尺寸和预制裂缝长度对岩石断裂韧度测试值的影响,采用4种圆盘半径分别为25.0、37.5、50.0、75.0 mm,预制裂缝长度与圆盘试样半径比值(无量纲裂缝长度)在0.3~0.7范围内的中心直裂纹半圆盘石灰岩试样(NSCB)进行了三点弯曲断裂试验。结果表明:NSCB试样的破坏过程表现出明显的"脆性"破坏特征。与预制裂缝长度相比,试样尺寸对峰值载荷和载荷-位移曲线的形态影响更显著;随着试样尺寸的增加,试样的断裂韧度测试值不断增加,增加幅度随着预制裂缝长度的增加而加剧;当试样尺寸一定时,随着无量纲裂缝长度的增加,断裂韧度测试值有一定程度降低;为减小尺寸效应的影响,建议采用圆盘半径大于37.5 mm,无量纲预制裂缝长度范围在0.4~0.6内的NSCB试样测试岩石的断裂韧度。所得结果为推广NSCB试样国际建议方法及准确测试岩石的断裂韧度提供了一定的参考。 展开更多
关键词 预制裂缝长度 试样尺寸 岩石断裂韧度 中心直裂纹半圆盘试样(nscb)
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加载角度对层理页岩裂纹扩展影响的实验研究 被引量:11
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作者 杨国梁 毕京九 +3 位作者 郭伟民 张志飞 韩子默 程帅杰 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期24-36,共13页
采用分离式霍普金森压杆(SHPB)系统对页岩进行冲击实验,研究层理角度对页岩动态断裂过程的影响,在裂尖设置裂纹扩展计,借助高速摄影和数字图像相关(DIC)技术对页岩中心切槽半圆盘弯曲(NSCB)试件断裂的全过程进行研究,得到了不同加载角... 采用分离式霍普金森压杆(SHPB)系统对页岩进行冲击实验,研究层理角度对页岩动态断裂过程的影响,在裂尖设置裂纹扩展计,借助高速摄影和数字图像相关(DIC)技术对页岩中心切槽半圆盘弯曲(NSCB)试件断裂的全过程进行研究,得到了不同加载角度下页岩的动态起裂韧度、裂纹扩展速度、断裂过程中应变场和水平位移场的变化规律。实验发现:不同加载角度下,页岩的动态起裂韧度具有显著的各向异性,加载角度与动态起裂韧度呈正相关;加载角度对试样的裂纹扩展速度具有显著影响,与裂纹扩展速度呈负相关;当冲击速度较低时,切槽方向是裂纹扩展的优势方向,而当冲击速度较高时,试样会产生沿层理弱面的次生裂纹,次生裂纹对试样的断裂具有显著影响。 展开更多
关键词 页岩 层理 中心切槽半圆盘弯曲试件 动态断裂韧度 数字图像相关技术 分离式霍普金森压杆
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静-动态加载条件下岩石断裂特性及断口形貌特征研究 被引量:2
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作者 满轲 刘晓丽 +5 位作者 宋志飞 宋小软 程海丽 郭占峰 柳宗旭 于云鹤 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2876-2886,共11页
采用直切槽半圆盘弯曲型试件,对北京房山花岗岩样品进行静态断裂韧性和动态断裂韧性试验,获得其静态断裂韧度与动态断裂韧度的定量关系;采用不同表面形貌刻画技术,对破坏岩样的表面形貌进行观测与表征,获得岩石表面的三维重构及其粗糙... 采用直切槽半圆盘弯曲型试件,对北京房山花岗岩样品进行静态断裂韧性和动态断裂韧性试验,获得其静态断裂韧度与动态断裂韧度的定量关系;采用不同表面形貌刻画技术,对破坏岩样的表面形貌进行观测与表征,获得岩石表面的三维重构及其粗糙度。研究结果表明:在中高应变率条件下,动态断裂韧度一般为静态断裂韧度的1.3~2.6倍,动态传播韧度为动态起裂韧度的3~4倍,静态断裂韧度的8~10倍;其静态和动态断裂都呈Ⅰ型裂纹拉伸破坏模式。同时,在静态韧性测试中,裂纹断裂模式主要为沿晶断裂,穿晶断裂相对较少;而在动态韧性测试中,裂纹断裂模式主要为沿晶和穿晶耦合断裂。裂纹传播过程均经历了加速阶段和减速阶段,裂纹传播速度与其表面三维形貌重构的相对高度变化趋势一致,同样与表面粗糙度变化规律相吻合。岩石静态行为与动态行为的本质区别是,材料在动态加载时所表现出来的率效应(惯性效应)与材料自身由物理、几何引起的结构效应存在相互抵消、此消彼长的本质属性。 展开更多
关键词 静态断裂韧度 动态断裂韧度 动态传播韧度 nscb 细观表面形貌
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层理角度对天然岩石材料动态断裂行为的影响研究 被引量:5
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作者 王雁冰 付代睿 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期849-867,共19页
为了探究不同层理角度下岩石材料的动态断裂行为,利用分离式霍普金森压杆冲击加载系统,对3种直切槽半圆岩石试件开展30°,45°,60°,75°和90°层理角度梯度内的动态断裂冲击试验,研究3种岩石试件在不同层理角度条... 为了探究不同层理角度下岩石材料的动态断裂行为,利用分离式霍普金森压杆冲击加载系统,对3种直切槽半圆岩石试件开展30°,45°,60°,75°和90°层理角度梯度内的动态断裂冲击试验,研究3种岩石试件在不同层理角度条件下的应力波及能量传播规律、应力响应特征和动态断裂韧性。并结合DLSM数值模拟软件进行辅助分析,证明其模拟方法能够较好地应用于岩石动态断裂行为的研究,通过应力波传播图像和裂纹尖端应力场图像分析试件应力波的传递规律,解释动态断裂韧性随层理角度改变的机制。结合模型的动能和破坏曲线总结不同层理角度下岩石的破坏特征。结果表明:层理角度改变会影响层理面对应力波的有效反射面积,从而影响反射波和透射波的传递规律,造成各部分能量比值的变化。3种岩石具有不同的破坏特征,但其动态断裂韧性均受到层理角度的影响,在小层理角度时更容易发生预裂和张拉破坏,导致试件强度降低。模拟得到的应力波传播图像解释了不同层理角度应力波的透反射规律,而裂纹尖端应力场图像则反映了动态断裂韧性与试件内部是否发生提前破坏有关。随着层理角度的增大,试件断裂消耗的动能越大,其破坏更具有均匀性。 展开更多
关键词 岩石力学 SHPB nscb 层理 动态断裂 数值模拟
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用两种ISRM推荐圆盘试样测试岩石断裂韧度的试验研究 被引量:4
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作者 赵文峰 张盛 +2 位作者 王猛 神文龙 焦振国 《实验力学》 CSCD 北大核心 2020年第4期702-711,共10页
采用国际岩石力学协会推荐的人字型切槽巴西圆盘试样(CCNBD)和中心直裂纹三点弯曲试样(NSCB),在RMT-150B试验机上进行了劈裂加载试验,结合声发射仪对比分析了不同尺寸试样的载荷-位移曲线、破坏形态和断裂韧度测试值的差异。结果表明:CC... 采用国际岩石力学协会推荐的人字型切槽巴西圆盘试样(CCNBD)和中心直裂纹三点弯曲试样(NSCB),在RMT-150B试验机上进行了劈裂加载试验,结合声发射仪对比分析了不同尺寸试样的载荷-位移曲线、破坏形态和断裂韧度测试值的差异。结果表明:CCNBD试样的载荷-位移曲线可能出现二次倒拐现象,NSCB试样的载荷-位移曲线峰后直接跌落;两种试样破坏过程中的振铃计数和能量与时间的变化过程与载荷-时间曲线完全对应;NSCB试样测得的大理岩断裂韧度平均值比CCNBD试样测试值偏高4%左右,但试样尺寸较大时,偏高程度更为明显;两种试样都是劈裂加载破坏形式,CCNBD试样在端部可能出现偏离加载直径方向的破坏形式,本研究结果有助于进一步完善和推广ISRM测试岩石断裂韧度的建议方法。 展开更多
关键词 岩石断裂韧度 峰值载荷 人字型切槽巴西圆盘试样(CCNBD) 中心直裂纹三点弯曲试样(nscb) 声发射
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Ⅰ型静态断裂韧度与破碎后新增表面积关系试验研究
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作者 蔡增辉 黄滚 +2 位作者 郑杰 成墙 耿伟乐 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1570-1579,共10页
为研究煤岩Ⅰ型静态断裂韧度与研磨破碎后新增表面积的关系,采用中心直裂纹半圆盘试样(NSCB)和1~2mm/0.425~1mm粒径试样进行三点弯曲试验和研磨破碎试验,运用断裂力学及岩石破碎学,从理论分析和室内试验两个方面研究二者之间的关系。理... 为研究煤岩Ⅰ型静态断裂韧度与研磨破碎后新增表面积的关系,采用中心直裂纹半圆盘试样(NSCB)和1~2mm/0.425~1mm粒径试样进行三点弯曲试验和研磨破碎试验,运用断裂力学及岩石破碎学,从理论分析和室内试验两个方面研究二者之间的关系。理论分析表明:断裂韧度的二次方与研磨破碎后新增表面积的倒数成正比;再以试验数据为依据进行拟合,结果表明:1~2 mm/0.425~1 mm粒径试样研磨破碎后,断裂韧度的二次方与新增表面积的倒数均呈很好的正比关系,其相关系数R2分别为0.974和0.878,说明可以用易于计算的破碎后新增表面积来估算煤的断裂韧度,进而获其表面能,这不仅为煤的断裂韧度测定提供一种新的试验方法,也为更深一步理解突出过程中的能量耗散提供试验依据。 展开更多
关键词 岩石力学 煤岩断裂韧度 新增表面积 中心直裂纹半圆盘试样(nscb) 1-2 mm/0.425-1 mm粒径试样
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