利用剪切盒方法对岩石动态II型断裂韧性进行理论与实验研究

《Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures》：Theoretical and Experimental Study on Dynamic Mode II Fracture Toughness Measurement of Rock Using a Shear-Box Method

　　

摘要

钻爆法是长隧道施工的主要技术，冲击荷载会促进岩石体内原有裂缝的萌生和扩展。动态断裂韧性是表征岩石在高加载速率下破坏特性的关键力学参数。目前关于岩石动态断裂韧性测量的文献主要集中在I型断裂上，而动态II型断裂韧性的实验测定通常依赖于有围压条件的试验，这增加了实验的复杂性。本研究首次提出了一种剪切盒（SB）方法来测定脆性岩石的动态II型断裂韧性，并利用断裂类型（FT）判据来验证真正的II型断裂是否发生。实验结果和理论分析均表明，在剪切盒方法中确实发生了II型断裂，并且红砂岩的动态II型断裂韧性随着加载速率的提高而逐渐增加。

总结

• 首次提出了一种剪切盒（SB）方法来测定各向同性岩石的动态K_IIC值。
• 预测的断裂机制为II型断裂，其萌生角度为$$?=??2.36°。
• 剪切盒试样中的裂缝沿着初始裂缝平面萌生并扩展。
• 测量结果显示，随着加载速率的提高，砂岩的动态断裂韧性逐渐增加。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

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