脆性岩石中裂纹速度效应的试验研究_刘彩平.pdfVIP

.40 6 金　　属　　矿　　山 总第 4 06 期 　20 10 　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　20 10年第 4 期 脆性岩石中裂纹速度效应的试验研究＊ 1 2 彩平 　段庆全 (1.北京科技大学;2.中国石油大学(北京)) 摘　要　为考察岩石材料中与裂纹速度变化相关的系列现象, 对两类岩石 型断裂梁式试样进行了落重加载 试验, 同时利用高速摄影记录试样表面的变化情况。之后, 借助激光表面仪和扫描电镜等实验技术获得了断口和 试样表面的细观结构信息。利用现象学方法分析了高速断裂中裂纹速度效应与岩石断裂模式和断裂耗能的关系。 关键词　岩石　动态断裂　速度效应　断裂模式 1 2 　 (1.;2.()) 　, - -., - .()- -., . 　, , , 　　众多研究表明, 均质材料 (如 、玻璃、陶 和理论推导,论证动焦散法不适用于岩石类介质[5] 瓷等)的断裂动力学行为中存在一些与裂纹扩展速 后, 本次研究中将反射式焦散线法试验光路略作调 度相关 (裂纹路径的分叉、断裂表面的特征的变化 整, 使得光路能够较清楚地拍摄试样表面的开裂信 等 )的系列现象在材料动态断裂中是普遍存在 息。为实现型 (即张拉型 )裂纹, 采用带切口的梁 [1-3] 的 。然而,这些现象对于非均质材料是何种情形 式试样。具体尺寸为××=200 ×4 0 × 鲜有报道。具体到岩石这类非确定性因素较多的天 5, 切口(初始裂纹 )深度 =6 , 跨度 = 0 然非均质材料就更为罕见了。 和 等认为 180 。动态断裂试验为三点弯曲加载, 冲击荷载 “天然材料的动态断裂方面的研究是动态断裂力学 由落重加载装置实现, 采用 -型多火花高 [4] 研究领域的一个新挑战” , 并提到试验工作的一 速摄影系统记录岩石试样表面发生的变化, 由高速 个重要内容是刻画这些复杂地质材料的微观断裂机 摄影胶片上的裂尖位置对应于示波器记录的时刻可 制。本研究对岩石材料动态裂纹扩展速度效应及机 以得出裂纹扩展长度与时间的关系曲线,进而估算 制进行初步试验探索, 以期为岩石动态断裂理论提 出裂纹的扩展速度,从而考察速度效应。 供一些有益的信息。 1.2　断口形貌与试样表面开裂信息的图像 1　试验概况 观测结果 1.1　梁式试样型断裂动态加载试验 为考察岩石中裂纹高速扩展过程中的动态效 尽量避免因材料不均匀和不连续性等引起的裂 应, 我们仅能采用扫描电镜放大若干倍数之后对这 纹曲折和分叉与动态效应所引起的这类现象混淆。 在对比大理岩、花岗岩、灰岩等几类岩性鉴定结果之 ＊国家重点基础研 究发展计划 (973 计划 )项 目 (编号: 后,最终确定用材性比较均匀致密的取自徐州的灰 20 1073 150 1), 教育部博士