半圆盘三点弯曲法测定页岩断裂韧度(KIC)的实验研究

作者：赵子江; 刘大安; 崔振东; 唐铁吾; 韩伟歌

来源：岩土力学, 2018, 39(S1): 258-266.

DOI：10.16285/j.rsm.2018.0571

• 页岩
• I型断裂韧度
• 三点弯曲
• CCNSCB和NSCB
• 断裂机理

为了准确测试页岩的I型断裂韧度KIC,分别采用直切槽半圆盘试样(NSCB)和人字形切槽半圆盘试样(CCNSCB),在3种预制切槽布置模式(splitter、arrester、divider)下,开展三点弯曲加载实验。通过标准差和变异系数分析两类方法 KIC测算值的离散性,并评价各自适用性。使用光学显微镜观察试件破裂后的裂纹扩展路径和破裂面断口形态。基于断裂力学理论,给出页岩试件粗糙起伏断口表面能计算公式,分析页岩试件实测值KIC离散的原因,并用最小耗能原理解释裂缝在页岩试件扩展过程中形成粗糙断裂面的机理。对比分析两种试样类型测试的KIC值,认为两种方法在切槽平行层理布置的情况下测算值离散程度一致,二者都适用;对于切槽垂直层理两种布置方式下NSCB试件更容易发生裂缝偏转,导致产生Ⅰ-Ⅱ复合型断裂,使试验失效;CCNSCB试件的韧带具有良好的裂缝扩展导向作用,某种程度上抵消了加载配置非对称性带来的不利影响,CCNSCB比NSCB测得的KIC值离散性更小,更适用于各向异性页岩的KIC测试。

• 单位
  中国科学院大学; 中国科学院地质与地球物理研究所