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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

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。

关键词:
  • 岩石力学  
  • 三点弯  
  • 断裂力学  
  • 裂纹扩展  
  • 脆性材料  
  • 三维内裂纹  
作者:
王海军; 李汉章; 任然; 汤雷; 郁舒阳; 张志韬
单位:
南京水利科学研究院水文水资源与水利工程国家重点试验室; 江苏南京210029; 河海大学; 水利水电学院; 江苏南京210099; 深圳水务集团; 广东深圳518031
刊名:
岩石力学与工程学报

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