含孔双裂隙3D打印类岩石试件破裂行为定量识别

作者：刘享华; 张科^*; 李娜; 齐飞飞; 叶锦明

来源：岩土力学, 2021, 42(11): 3017-3028.

DOI：10.16285/j.rsm.2021.0521

• 岩石力学
• 孔洞
• 裂隙
• 数字图像相关方法
• 有效方差
• 裂纹识别

为研究含孔双裂隙岩石的力学特性及破裂机制,采用3D砂型打印技术制作含孔双裂隙类岩石试件,结合数字图像相关方法(digital image correlation,DIC)对压缩过程中的试件进行非接触式、全场观测。计算水平应变、垂直应变和剪切应变3个分量的协方差矩阵,引入应变场有效方差量化分析和识别试件破裂行为。研究结果表明:3D砂型打印标准试件的力学性能与真实砂岩相似,且试验结果离散性低,可归结为类岩石材料。预制裂隙劣化了试件的力学性能,相比于含孔无裂隙试件,含孔双裂隙试件的抗压强度和弹性模量分别降低了8.04%～38.91%和14.44%～27.78%。结合DIC计算结果,成功识别出3种基本裂纹,即张拉裂纹(I型)、剪切裂纹(II型)和拉剪混合裂纹(I-II复合型)。含孔双裂隙试件均表现为拉剪混合破坏;孔洞和裂隙之间的贯通模式受两者之间水平距离的影响,可分为张拉贯通、转动贯通以及拉剪混合贯通。应变场有效方差能够全面、深入地反映应变数据的离散程度,初始压密和弹性阶段的应变场有效方差接近于0,裂纹萌生后表现出不同的演化规律。在此基础上,提出一种基于应变场有效方差的裂纹类型定量识别方法。有效方差的增长速率介于0.72×10–2～1.89×10–2,可识别为张拉裂纹;介于2.34×10–2～3.59×10–2,可识别为拉剪混合裂纹;介于9.63×10–2～32.40×10–2,可识别为剪切裂纹。

• 单位
  建筑工程学院; 昆明理工大学