动静荷载作用下岩石裂纹扩展应力阈值识别

作者：李地元; 周奥辉; 陈昱达; 马金银

来源：爆炸与冲击, 2023, 43(10): 59-72.

• 裂纹扩展
• 应力阈值识别
• 裂纹轴向应变
• 动态冲击荷载
• 裂纹径向面积应变

压缩荷载作用下岩石裂纹扩展应力阈值的识别是理解岩石渐进破坏过程和分析岩石宏观破坏机制的重要基础。对大理岩、粗花岗岩和细花岗岩开展了单轴压缩和动态冲击试验，引入岩石裂纹轴向应变和裂纹径向面积应变两个参数，根据岩石单轴压缩破坏时裂纹径向面积应变曲线斜率的不同，把以上三种岩石分成类型Ⅰ（大理岩）和类型Ⅱ（粗花岗岩和细花岗岩）岩石。研究表明，对于类型Ⅰ和类型Ⅱ岩石，分别利用其裂纹轴向应变和裂纹轴向应变刚度曲线特征点能准确识别出岩石在静态压缩荷载下裂纹稳定扩展应力σsd、裂纹不稳定扩展应力σusd以及裂纹相互贯通应力σct，证明了仅利用轴向应变数据就可对类型Ⅰ和类型Ⅱ岩石静荷载下应力阈值进行识别。而后将裂纹轴向应变法推广至动态冲击荷载下岩石的应力阈值识别，解决了动态冲击压缩载荷作用下试样难以进行裂纹扩展应力阈值识别的问题。与静态荷载下岩石的裂纹扩展应力阈值不同，在动态冲击荷载下，岩石裂纹稳定扩展应力与峰值强度的比值有所减小，裂纹不稳定扩展应力和裂纹相互贯通应力阈值相等，且与峰值强度的比值也有所减小，岩石产生更多的贯通裂纹，试样破坏时破碎程度更高。