石英岩峰后加卸载非线性断裂扩展及动态长度定量测定
王笑然1
周鑫2
刘晓斐2
王恩元3
谢慧3
单天成3
刘舒欣3
1.中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室,江苏徐州 2211162.安徽理工大学煤炭安全精准开采国家地方联合工程研究中心,安徽淮南 232001;中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 2211163.中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 221116
摘要：岩体工程灾害是围岩内部原生裂隙/节理起裂、发育到失稳破坏的演化结果,而灾害严重程度与峰后岩体断裂动态扩展特征密切相关.为了实现峰后阶段岩石非线性断裂扩展精准表征及裂纹长度动态定量测定,本文以含预制缺口的石英岩为对象,通过夹式引伸计控制实现了石英岩三点弯曲Ⅰ型断裂峰后阶段的准静态扩展,借助声发射(AE)和数字图像匹配(DIC)动态追踪了石英岩峰后循环加卸载断裂扩展全过程,提出了能耗展布-位移梯度-力学柔度相结合的非线性裂纹长度定量测定方法,并将动态测定结果与断裂力学理论模型进行了对比验证.结果表明:随着循环次数增加,裂纹张开位移-载荷(COD-P)和载荷点位移-载荷(LPD-P)曲线卸载斜率逐渐变缓柔度增加,裂纹逐渐向前扩展,试样承载能力逐渐下降;每次循环中,声发射在时间上集中出现在峰前损伤应力到峰后卸载点间,在空间分布集聚于裂纹的中上部区域,其定位坐标前端与DIC水平位移等值线交点相重合;在整个加卸载过程中,由AE能耗展布和DIC位移梯度法确定的裂纹长度相接近,其与基于COD-P和LPD-P曲线卸载柔度法反算的裂纹长度差值稳定在5.1 mm,该差值为石英岩断裂过程区(FPZ)长度;通过Dugdale-Barenblatt模型理论计算的石英岩FPZ长度为7.6 mm,其与声-图-力实测结果进行尺寸效应延伸获得无穷大尺寸FPZ渐进临界值吻合较好,验证了本文方法定量测定岩石非线性断裂扩展长度的可靠性,也表明了通过尺寸效应准则延伸来获取工程尺度岩体力学参数的重要性.
关键词：Ⅰ型断裂峰后加卸载声-图-力测量卸载柔度法断裂过程区尺寸效应
分类号：TD32(矿山压力与支护)
资助基金：国家重点研发计划(2023YFE0120500)国家自然科学基金(52204249)国家自然科学基金(52227901)国家自然科学基金(51934007)煤炭安全精准开采国家地方联合工程研究中心开放课题(EC2022005)
论文发表日期：2024-07-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 680-695 )
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