基于非对称半圆弯曲试件(ASCB)测定花岗岩的Ⅰ/Ⅱ断裂力学行为

非对称半圆弯曲试件(ASCB)以结构简单、加工经济、实验实施便利等优点广泛应用于建筑材料的断裂力学行为研究,然而,目前很少使用ASCB试件测定岩石的断裂特征。本文采用不同裂纹长度的花岗岩ASCB试样,研究花岗岩的断裂韧度值、裂纹开裂角以及裂纹扩展轨迹等断裂力学行为。首先,分析裂纹长度对纯Ⅰ/Ⅱ型断裂韧度的影响。然后,结合多种混合断裂理论,分析对比断裂韧度比值理论值与试验值的差异,以及断裂理论预测开裂角及实验测量值的差异,得到了预测混合断裂韧度及裂纹断裂角的最优准则。最后,探讨了半圆弯曲、非对称半圆弯曲试件测量岩石材料断裂力学特性时存在的不足之处。研究发现,当断裂过程区尺寸为2.6 mm时,采用广义最大环向拉应力准则能够很好地预测裂纹断裂角。在使用非对称半圆弯曲试件执行岩石断裂实验时,应把预制裂纹切割更深,即调整裂纹长度与试件半径的比值达到更大。本文的研究结果将为工程岩体断裂失稳机制的研究提供参考。

基于SEVNDB试样岩石复合断裂韧度测试:数值分析与标定

提出了一种利用非对称三点弯曲加载下的单边垂直切槽深梁试件(SEVNDB)开展岩石Ⅰ-Ⅱ复合断裂韧度测试方法。通过有限元法对试件的无量纲应力强度因子进行了数值分析与标定,研究了无量纲应力强度因子YⅠ、YⅡ及无量纲T应力T*与裂纹长度a、支座间距S1、S2之间的关系,定量刻画了实现纯Ⅱ型加载对应的裂纹长度a、支座间距(S1和S2)数值。研究结果表明,该方法在不改变试样裂缝倾角的前提下,通过调整裂缝长度a和支座间距S1、S2,即可方便地实现从纯Ⅰ型到纯Ⅱ型任意复合度载荷作用下的岩石断裂韧度测试。