基于3D-ILC三点弯脆性固体内裂纹扩展规律及破坏特征研究

• 作者: 任然 张志韬 李汉章 汤雷 王海军 郁舒阳
• 来源期刊: 岩石力学与工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: 岩石力学 3D-ILC 三点弯 断裂力学 裂纹扩展 脆性材料 三维内裂纹
• 年，卷（期）: 2019,（12）
• 页码范围: 2463-2477
• 页数: 15页
• 分类号: TU45
• 语种: 中文
• DOI: 10.13722/j.cnki.jrme.2019.0358

摘要

岩石内裂纹扩展问题是岩土工程学科的重要问题之一.基于3D-ILC技术,选用理想脆性材料,在对试样表面无影响的前提下,生成任意参数的真实内裂纹,进行含内裂纹试样三点弯试验,并与完整试样进行对比.开展试样破坏过程、特征荷载、破坏形态、断口特征、动态分叉、应力云纹分析,通过数值模拟得到裂纹尖端K分布规律及扩展路径,与试验对比.结果 表明:(1)内裂纹的存在极大的降低试样的起裂与破坏荷载;(2)应力双折射技术可与3D-ILC联合应用进行内裂纹应力信息监测,内裂纹尖端呈现“花瓣”状应力云纹;(3)三点弯下空白试样发生动态断裂,断口呈现雾化、羽毛区特征,由动态裂纹分叉引起.含裂纹试样,从内裂纹下尖端到上尖端逐渐起裂,呈现水滴状,为纯Ⅰ型破坏,断口呈现交汇Wallner线特征;(4)基于M积分的裂纹尖端K分布与试验起裂规律一致;基于MTS的内裂纹扩展路径模拟与试验一致.3D-ILC相对于目前透明类岩石研究中主流方法,在脆性度、裂纹真实性、应力场可视化、断口特征等方面具备一定进步性,试验与数值模拟成果将为岩石等脆性材料的三维断裂、内裂纹扩展等问题的研究,提供试验和理论参考.