基于3D-ILC含内裂纹孔口脆性固体断裂特性试验

作者：王海军; 郁舒阳; 任然; 汤雷^*; 李欣昀; 贾宇

来源：岩土力学, 2019, 40(06): 2200-2212.

DOI：10.16285/j.rsm.2018.0681

• 3D-ILC
• 断裂力学
• 裂纹扩展
• 孔口问题
• 脆性材料
• 三维内裂纹

孔口问题为力学领域中经典问题之一,也是岩土如隧洞、巷道等工程领域重要的问题之一。随断裂力学的发展,对含裂纹孔口问题的研究也不断深入。但是,以往研究多集中在二维问题或者含表面裂纹的孔口问题,含纯内裂纹的孔口问题研究报道较少。基于3D-ILC技术(对表面无任何影响的情况下,凭空生成任意参数的深埋内裂纹),在含有孔口的脆性材料中生成内裂纹,开展单轴压缩试验,与无裂纹完整孔口试样试验结果及已有文献进行对比,并开展理论与数值模拟研究。结果表明:(1)3D-ILC与传统方法相比,裂纹特征更为真实,为解决断裂力学中的三维内裂纹问题奠定了基础;(2)完整孔口试样裂纹形态主要有主裂纹与八字形裂纹;(3)含内裂纹试样裂纹形态以内裂纹扩展为主,主要有翼裂纹、次生裂纹、反翼裂纹、反向次生裂纹、竖向扭曲裂纹与主裂纹6种;(4)含裂纹孔口试样最终的破坏荷载比无裂纹孔口试样平均低76.49%,起裂应力较无裂纹孔口试样平均低96.72%;(5)通过数值模拟对完整孔口试样、含主裂纹孔口试样、含内裂纹孔口试样的裂纹扩展进行定性分析,与试验结论一致。该研究结果为含三维内裂纹的孔口脆性材料的断裂理论研究提供了物理试验基础。

• 单位
  南京水利科学研究院; 土木工程学院; 河海大学; 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室