岩石裂纹流变扩展的细观机理分析3.PDF

( ) 第18 卷　第 6 期 岩石力学与工程学报 18 6 : 623～ 626 1999 年 12 月 Ch inese J ou rna l of R ock M echan ics and E ng ineering D ec. , 1999 岩石裂纹流变扩展的细观机理分析 肖洪天 周维垣　杨若琼 ( 山东科技大学特采所　泰安　271019) (清华大学水电系　北京　100084) 摘要　应用裂纹奇异单元, 建立了用于裂纹流变扩展计算的细观力学模型。采用这一模型, 分析了含微裂纹的紧凑 拉伸试件, 在给定位移和给定荷载作用下, 主裂纹流变扩展过程; 研究了给定位移加载和给定荷载加载条件下主裂 纹与微裂纹相互作用过程, 得到了裂纹流变扩展的细观力学机理。 关键词　岩石, 紧凑拉伸试件, 流变扩展, 细观分析 分类号　 346. 12 O 公式以及裂纹尖端的应力强度因子公式。然后给出 1　引　言 弹粘弹性有限元的计算格式。最后, 依据文[ 9 ]建议 的流变裂纹断裂扩展判据, 建立了流变裂纹扩展的 岩石介质中存在着微裂纹[ 1～ 3 ] 。宏观裂纹的扩展 有限元计算公式, 并进行了计算分析。 表现为微裂纹之间、主裂纹与微裂纹之间的连接。目 前, 对由于蠕变引起裂纹的扩展有两种研究途径: 一 2　裂纹流变扩展的分析方法 种是基于连续介质力学, 不考虑介质中的缺陷, 引入 断裂判据, 通过理论分析和试验量测, 确定裂纹的扩 2. 1　裂纹奇异单元刚度矩阵和裂纹尖端应力强度因 [ 4 ] 展速度 。由于在粘弹性介质中, 考虑裂纹的扩展所 子 采用的断裂判据与线弹性断裂力学断裂判据不同, 为考虑裂纹尖端奇异性, 首先讨论各向同性介 用 Schapery 提出的裂纹尖端粘性破坏区的概念, 计 ( ) 质中奇异单元 图 1 。在裂纹面上应力为零, 在裂纹 [ 5 ] 算裂纹扩展速度有很多困难 。第二种是考虑介质 尖端应力场呈现奇异性。应用M u skhelish ivili 复变 中存在缺陷, 采用有限元方法分析裂纹的扩展[ 6, 7 ] 。 函数, 应力场和位移场可表示为 文[8 ]考虑了由介质颗粒边界空洞化引起的裂纹蠕变