剪切断裂韧度(KIIc)确定的研究

对含裂纹的试件施加单纯剪应力时,裂纹将偏离原裂纹面扩展,测得的KIIc小于KIc.理论分析证明,在剪切载荷作用下裂纹扩展是由于拉伸应力引起的,并非剪切破坏.为了抑制或消除剪切力引起裂纹尖端的拉应力,在给试件剪切力的同时,还必须给试件施加一定方向的压应力,从而在剪应力作用下,获得了剪切断裂.在此条件下测得岩石的剪切断裂韧度KIIc都大于KIc.研究表明,产生II型断裂是有前提条件的,即裂纹尖端最大无因次剪应力强度因子frθmax与裂纹尖端最大无因次拉应力强度因子fθmax的比值 frθmax / fθmax＞1 和frθmax / fθmax＞KIIc / KIc.     

压缩条件下岩石断裂模式与断裂判据的研究

针对岩石类材料压缩断裂中可能发生的Ⅰ型张拉断裂和Ⅱ型剪切断裂的现象 ,依据裂纹尖端应力集中引发的微裂纹损伤性质 ,提出了主裂纹尖端“微裂纹单元应力模型”的概念。通过对不同方位微裂纹尖端Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子变化规律的研究 ,以比应力强度因子和比断裂韧度作为表征参数函数方程 ,提出了压缩条件下岩石类材料复合型裂纹断裂模式与断裂破坏的判据。该判据既可以预测岩石内部斜裂纹在压应力下的Ⅰ型扩展 ,也可以预测它的Ⅱ型扩展。由此判据 ,还给出了Ⅱ型断裂出现的条件 ,讨论了不同的影响因素。其结果较好地说明了实验现象     

混凝土-环氧砂浆界面Ⅰ-Ⅱ型断裂性能试验研究

为研究混凝土强度和界面粗糙度对混凝土-环氧砂浆界面Ⅰ-Ⅱ型复合裂缝扩展和断裂性能的影响，对15个试件进行四点剪切试验，采用数字图像相关(DIC)技术获得试件表面位移场和应变场。基于线弹性断裂理论和试验测得的Ⅰ型裂缝起裂韧度，计算断裂能、变形系数和裂缝尖端Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子。研究结果表明：试件均沿着界面发生典型的准脆性破坏；通过提高混凝土强度可以显著增强界面的断裂性能，但对裂缝尖端处Ⅰ型和Ⅱ型应力强度因子比重的影响较小；试件断裂性能、裂缝尖端应力场和破坏角与界面粗糙度有较大的相关性，当灌砂平均深度■从0 mm增大到0.31 mm和0.97 mm时，断裂能G_u分别提高了16.1%和66.9%,变形系数N_u分别提高了5.4%和27.6%,Ⅰ型、Ⅱ型应力强度因子比值分别下降了11.96%和39.7%,破坏角分别增大了11.9%和37.8%。     

岩石的复合型断裂实验及分析

当岩体内或边界上存在有Ⅰ－Ⅱ复合拉剪与压剪裂纹时（例如坝踵的裂纹）,其临界载荷与初始开裂方向的确定是工程界十分关心的问题。本文用断裂力学理论,对大理岩进行了这方面较完整的实验与理论研究,且用四点弯试件实现了一定范围内的压剪断裂实验。研究结果表明,大理岩裂纹初始扩展所需的临界载荷值在很大程度上遵循最大拉应变ε＿（θｍａｘ）理论,而不是最大拉应力σ＿（θｍａｘ）理论,前者预示的载荷值远低于后者。两理论预示的初始开裂角相差不大,且与本文实验基本相符。     

反平面剪切(Ⅲ型)加载下脆性岩石的断口分析

采用反平面冲剪和反平面剪切盒实验研究反平面剪切（Ⅲ型）加载下脆性岩石断裂特征。反平面冲剪试样的断裂轨迹是一空间螺旋面，断口微观特征表现为沿晶断裂，晶体大部分有3个陡峭的台阶面，晶面出现较多的河流状和鱼骨状张拉条纹，试件破坏以张拉断裂（Ⅰ型）为主。反平面压剪试样的断裂轨迹基本上沿原裂纹面，断口微观特征表现为穿晶断裂，晶面上多而密的平行线条纹和较多的岩屑表现出强烈的剪切破坏特征，试件破坏以剪切断裂（Ⅲ型）为主。增加侧压可抑制裂纹尖端的拉应力，导致岩石产生沿原裂纹面扩展的反平面剪切（Ⅲ型）断裂。反平面压剪实验是实现岩石Ⅲ型断裂和测定岩石Ⅲ型断裂韧度KⅢc的一种有效实验方法。     

花岗岩Ⅰ─Ⅱ复合型断裂试验及断裂数值分析

对三峡闪云斜长花岗岩开展了四点弯曲Ⅰ─Ⅱ复合型断裂试验，测得了ＫⅠ和ＫⅡ，根据试验结果拟合出了临界断裂判据经验公式，并与最大拉应力和最大拉应变理论作了比较分析。模拟三峡船闸高边坡开挖施工过程进行了断裂有限元计算，采用经验断裂判据对船闸边坡岩体裂隙扩展的稳定性作了评价。     

类岩石脆性材料非闭合裂纹的Ⅰ–Ⅱ压剪复合型断裂准则研究

实际工程中,结构体裂纹常处于拉剪和压剪复合受力状态,研究适合于复合型裂纹的断裂准则和裂纹扩展机理具有重要的理论意义和实用价值。以Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹为研究对象,基于线弹性理论,在考虑裂纹几何特征及受力形式的基础上,系统介绍了裂纹应力强度因子(SIF)的理论解。提出了适用于Ⅱ型断裂的径向剪应力准则和双剪应力准则。对于Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹,提出用等效Ⅰ、Ⅱ型SIF比值与Ⅰ、Ⅱ型断裂韧度比值的关系判定裂纹断裂类型,并分别选择适合于Ⅰ、Ⅱ型断裂的断裂准则,计算了裂纹断裂扩展理论角度。理论断裂角与预制非闭合裂纹类岩石脆性材料压剪断裂试验结果符合得较好。     

花岗岩Ⅰ—Ⅱ复合型断裂试验及断裂数值分析

对三峡闪云斜长花岗岩开展了四点弯曲Ⅰ－Ⅱ复合型断裂试验，测得了Ｋ１和Ｋ１，根据试验结果拟合出了临界断裂判据经验公式，并与最大拉应力和最大拉应变理论作了比较分析，模拟三峡船闸高边坡开挖施工过程进行了断裂有限元计算，采用经验断裂判据对船闸边坡岩体裂隙扩展的稳定性作了评价。     

数字图像相关法测定岩石Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹应力强度因子

提出了一种通过数字图像相关方法测定岩石Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹尖端位置和应力强度因子的试验方法。试验通过数字图像相关方法测定裂纹尖端区域位移场数据,将位移场数据带入极坐标系下位移场方程,计算裂纹尖端位置和应力强度因子。试验结果表明：采用该方法可以准确的测定岩石Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹应力强度因子、裂纹尖端位置及裂纹扩展长度,解决了以往研究方法因不能准确测定裂纹尖端位置和扩展方向,而无法准确测定岩石应力强度因子的难题。     

反平面剪切(III型)加载下脆性岩石的断口分析

采用反平面冲剪和反平面剪切盒实验研究反平面剪切(III型)加载下脆性岩石断裂特征。反平面冲剪试样的断裂轨迹是一空间螺旋面,断口微观特征表现为沿晶断裂,晶体大部分有3个陡峭的台阶面,晶面出现较多的河流状和鱼骨状张拉条纹,试件破坏以张拉断裂(I型)为主。反平面压剪试样的断裂轨迹基本上沿原裂纹面,断口微观特征表现为穿晶断裂,晶面上多而密的平行线条纹和较多的岩屑表现出强烈的剪切破坏特征,试件破坏以剪切断裂(III型)为主。增加侧压可抑制裂纹尖端的拉应力,导致岩石产生沿原裂纹面扩展的反平面剪切(III型)断裂。反平面压剪实验是实现岩石III型断裂和测定岩石III型断裂韧度KIIIC的一种有效实验方法。     

渗透压作用下压剪岩石裂纹流变断裂贯通机制及破坏准则探讨

探讨了渗透压作用下黏弹性压剪岩石裂纹的起裂规律及分支裂纹尖端应力强度因子的演变规律,得出:一定轴向压应力下,渗透压、远场侧向应力和裂纹面摩擦系数是影响分支裂纹尖端应力强度因子KI演变的主要因素,渗透压的存在加剧了分支裂纹的扩展,随着裂纹渗透压的增大,分支裂纹扩展由稳定扩展变成不稳定扩展;建立了渗透压作用下压剪岩石裂纹体的轴向贯穿、岩桥剪切贯通两种不同类型的断裂破坏力学模型,引入虚拟应力强度因子KI(LC),提出以分支裂纹临界长度时裂尖虚拟应力强度因子KI(LC)作为黏弹性压剪岩石裂纹的流变断裂破坏准则,通过算例证实了该准则的可行性,得出:在既定裂纹分布、一定轴向应力和裂纹面摩擦系数的条件下,低渗透压、侧向拉应力共同作用下的压剪岩石裂纹趋向于轴向贯穿破坏,而高渗透压作用下会导致分支裂纹尖端岩桥剪切破坏,渗透压、侧向压应力共同作用下压剪岩石裂纹可能会发生具时间效应的流变断裂贯通破坏。为研究水岩相互作用下裂隙岩体的失稳破坏提供了一种新的思路。     

三维表面裂纹扩展试验及理论分析

 通过双轴压力作用下岩石三维表面裂纹断裂试验,利用数字散斑技术,观察裂纹的翼形扩展、反向扩展,得出对应的时间和荷载。试验发现,三维表面裂纹的翼形扩展一般都先于反向裂纹,反向裂纹最先在远离裂纹尖端区域出现,而后快速与原裂纹尖端汇合。通过有限元计算得到三维裂纹试件整体应力场和裂纹前缘各点应力强度因子。通过复合型断裂判据,对裂纹翼形扩展的三维形态进行分析,试验结果与最大周向拉应力 及最大周向拉应变 判据的理论预示结果吻合较好。对反向裂纹萌生区域进行强度破坏分析,反向裂纹的萌生与莫尔–库仑强度理论的预示结果基本相符。从试验及理论2个方面分析三维表面裂纹扩展直至破坏的全过程。     

混凝土断裂韧度的尺寸效应研究

本文采用最大尺寸为７０ｃｍ×７０ｃｍ×２０ｃｍ的楔入劈拉试件进行了断裂试验，研究试件高度对混凝上断裂韧度的影响规律。采用电阻应变片并结合计算机数据采集系统测得了混凝土试件裂缝的起裂、稳定扩展和失稳破坏的全过程，利用测得的裂缝亚临界扩展量△ａ＿ｃ对混凝土断裂韧度进行了修正。     

钢纤维砼Ⅰ、Ⅱ复合型V形切口断裂准则的试验研究

用四点剪切梁试件测得了钢纤维砼Ⅰ、Ⅱ复合型V形切口问题的临界断裂曲线,建立了断裂准则的经验公式,讨论了最大拉应变准则在V形切口问题中的应用.     

两种不同加载方法下的混凝土剪切断裂过程对比研究

采用室内试验和数值模拟相结合的方法分析半边对称加载法和四点剪切加载法的联系与区别。首先对不同参数的半边对称加载试件和四点剪切梁分 别进行断裂过程试验,以研究其裂缝扩展形态和断裂韧度;然后通过扩展有限元方法对裂缝尖端应力情况进行分析。结果表明：半边对称加载试件裂缝尖端 剪切应力比垂直于预制缝的张拉应力大得多,裂缝沿着原预制缝方向扩展,断裂韧度与初始缝长无关,但随着试件长度的增加和高度的减小而增大;四点剪 切梁试件裂缝尖端存在大小相当的剪切应力和最大主应力,裂缝起于预制缝尖端,扩展到近加载点位置附近,断裂韧度与试件的几何尺寸无关,随着初始缝 长的增大和近加载点与预制缝截面距离减小而增大。     

压应力作用下裂隙岩体的断裂模式与强度特性

分析和研究了在压应力作用下岩体裂纹的断裂破坏模式.在单轴或低围压情况下,岩体滑移裂纹为翼形张拉裂纹断裂扩展,并表现出一种稳定扩展状态,裂隙岩体破坏强度值则需要通过多裂纹排列的相互作用断裂模型来分析和确定,围压对翼形张拉裂纹的产生和扩展起着非常敏感的抑制作用.随着围压的增加,裂隙岩体的张拉断裂脆性破坏形式将向延性剪切破坏模式转化,裂隙岩体破坏强度值与裂纹剪切失稳断裂相对应.     

混凝土柱中复合裂纹研究

通过研究一矩形截面柱的Ⅰ、 Ⅱ复合型裂纹尖端的应力场，运用抛物线强度破坏条件及最大拉应力理论，探讨了裂纹尖端塑性区范围及混凝土柱中裂纹的扩展方向。     

岩石亚临界裂纹扩展的应力腐蚀

介绍了岩石亚临界裂纹扩展的应力腐蚀机理,采用双扭试件常位移松弛法,对金川矿区的三种岩样进行亚临界裂纹扩展速率测试,得出了应力强度因子与亚临界裂纹扩展速率间的关系。实验数据按腐蚀理论进行线性回归分析,线性相关系数较高。所测岩样的应力腐蚀亚临界裂纹扩展是拉应力和裂纹尖端物质与环境中的腐蚀介质发生化学反应,使化学键断裂这两种机制联合作用的结果。     

含缺陷PMMA介质的定向断裂控制爆破试验研究

 以PMMA为试验材料,采用新型数字激光动态焦散线方法试验系统,从试验角度将裂纹缺陷和空孔缺陷纳入同一研究体系,进一步研究缺陷对定向断裂控制爆破裂纹扩展的影响。结果表明,缺陷形态对爆生主裂纹扩展长度的影响并不明显。爆生主裂纹的扩展分为2个阶段,I阶段(0～120 μs)：爆生主裂纹的扩展速度和尖端动态应力强度因子均迅速减小;II阶段(120 μs～止裂)：从缺陷处反射的应力波对裂纹尖端的作用效应逐渐明显,加强了裂纹尖端的能量积聚和应力集中,使得速度和动态应力强度因子均有较大程度的跃升;随着试件缺陷两侧曲率的增加,II阶段的爆生主裂纹速度峰值和动态应力强度因子峰值均逐渐减小。     

基于单轴压缩的岩体破坏机制细观试验研究

 岩石在荷载作用下产生宏观破坏,其断裂面的细观形态变化,可以间接地反映岩石内部损伤演化进程,并与其宏观力学状态和结构破坏特性之间存在必然联系。主要对巴西劈裂试验和剪切试验试样的断裂面进行电镜扫描,总结典型力学特征下试样断裂面的细观形貌特征,建立裂纹断裂面细观形貌与宏观力学特性匹配的判断标准。进而对含不同倾角预制单裂纹试样单轴压缩试样的破坏全断面进行细观扫描分析,采用判断标准对其细观形貌判别,得到断裂面的拉剪应力分布权重,探究断裂面拉、剪应力分布随裂纹扩展过程的变化规律。试验结果表明：全断面拉剪应力权重与预制裂纹倾角有密切关系。预制裂纹倾角小于45°时,断裂面以拉应力为主,且随着裂纹扩展拉应力权重逐渐减小,剪应力权重逐渐增大;当裂纹倾角大于45°时,其结论与前述结论相反;预制裂纹倾角为45°时,拉、剪应力共同作用产生翼裂纹及次生裂纹2种扩展方式,翼裂纹扩展由拉应力主导向剪切应力主导过渡,次生裂纹扩展过程中主导应力变化规律与之相反。