不同赋存深度岩石的动态断裂韧性与拉伸强度研究
岩体三维裂隙拉伸断裂机理的试验与数值模拟研究
岩体三维裂隙拉伸断裂机理的试验与数值模拟研究【中文摘要】裂隙岩体是各种岩体工程和环境工程中经常碰到的一种复杂工程介质。
在承受工程荷载时,岩体中大量的裂隙开始萌生、扩展和贯通,导致岩体介质力学性能的劣化以致终极破坏。
因此,岩体中原生裂隙的扩展演化特征、破裂模式以及对岩体力学特性的影响一直为学术界和工程界所重视。
鉴于三维题目在数学处理和现象观测上的复杂性,人们对裂隙题目的研究往往简化为二维情况来处理,但裂隙大都处于三维应力状态(表面裂隙或深埋裂隙),把三维裂隙简化为二维裂隙会引起较大差距。
因此,近年来有关三维裂隙扩展演化机制及其对岩体材料力学特性影响的研究成为岩土工程重要研究课题。
目前压缩条件下岩体中三维裂隙扩展演化机制的试验研究已有一些,但由于试验设备和技术方面的制约,拉伸条件下相应的成果很少。
岩石材料具有低抗拉性,在较低拉伸应力作用下内部裂隙就开始扩展、贯通导致材料破坏。
岩体工程中不可避免的要碰到拉应力区,因此开展拉伸条件下三维裂隙扩展演化机制以及对岩体力学特性影响的研究具有重要的理论意义和工程价值。
物理试验方法和数值模拟方法是研究裂隙扩展题目的有效手段。
本文结合这两种方法开展了以下研究工作:1、通过阅读大量文献,分析比较了以往三维裂隙岩体断裂机理试验中所用各种材料的优缺点。
结合本试验情况,研制了脆性砂浆材料,其物理力学参数与砂岩接近,代替真实岩石进行试验可表现出类似的受力变形特征,并且该材料方便埋设三维裂隙。
2、由于岩石材料直接拉伸试验技术不成熟,故改进了目前采用较多的夹具法和黏结法,设计加工了适用于脆性材料单轴拉伸试验的端部扩大型试件模具、与试件外形配套的夹具以及黏结拉伸轴向定位装置。
3、制作了含不同形式(不同角度、不同间距和不同数目)内置裂隙的试件,并对其进行了单轴拉伸试验,得到了各试件的应力应变曲线,观察分析了试件的受力变形过程,总结了内置裂隙角度、间距及数目对材料力学特性以及裂隙扩展演化过程的影响。
岩石材料动态断裂韧性的实验研究
岩石材料动态断裂韧性的实验研究高远;宫能平;罗裕繁【期刊名称】《安徽理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(032)001【摘要】In order to study dynamic mechanical properties and failure mechanism of rock materials, preventing catastrophic damage casued by rock burst, a new testing research for dynamic fracture toughness was carried out based on fracture toughness testing method on Central Cracked Circular Disk specimen and the principle of the Split Hopkinson Pressure Bar. The test data processing was in accordance with principle of SHPB, dynamic fracture toughness was calculated by using the average load in the specimen. Experimental results indicate that proposed dynamic fracture testing method for rock materials is effective. The dynamic fracture toughness is dependent on loading rate and its value increases with loading rate increase.%为了研究岩石类材料的动态力学性能及动态破坏机理,防止出现岩石爆裂造成灾难性破坏,根据中心裂纹圆盘试件断裂韧性测试方法和分离式霍普金森压杆的基本原理,在SHPB装置上测试了花岗岩的动态断裂韧性.对测试结果按照SHPB基本原理进行处理,以试件两端平均载荷带入准静态公式得到动态断裂韧性.处理结果表明,用试件两端平均载荷获得岩石动态断裂韧性的实验方法有效的；花岗岩的动态断裂韧性具有加载速率相关性,随着加载速率的增加断裂韧性增大.【总页数】4页(P13-16)【作者】高远;宫能平;罗裕繁【作者单位】安徽理工大学应用力学研究所,安徽淮南 232001;安徽理工大学应用力学研究所,安徽淮南 232001;安徽理工大学应用力学研究所,安徽淮南 232001【正文语种】中文【中图分类】TU45【相关文献】1.含裂纹模拟岩石材料动焦散实验研究 [J], 边亚东;胡江春;潘洪科2.冲击载荷下岩石材料动态断裂韧性测试研究进展 [J], 岳中文;陈彪;杨仁树3.低温环境下复合材料层板动态断裂韧性的实验研究 [J], 韩省亮;韩小平;殷民4.致密储层岩石应力各向异性与材料各向异性的实验研究 [J], 王小琼;葛洪魁;王文文;张茜5.复合材料层合板动态断裂韧性与损伤扩展的实验研究 [J], 韩省亮;李旭之;于良;韩小平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
岩石拉压强度实验研究及力学特性分析
岩石拉压强度实验研究及力学特性分析岩石作为地壳中最常见的固体材料之一，在工程建设和地质研究中具有重要的地位。
研究岩石的力学性质，特别是其拉压强度，对于岩石的工程应用和灾害防治具有重要的意义。
本文将就岩石拉压强度实验研究及力学特性进行分析。
一、实验设计为了研究岩石的拉压强度及其力学特性，我们需要进行一系列实验。
首先，我们需要选择合适的岩石样本。
这些岩石样本应具有代表性，并能够代表研究区域的岩石性质。
然后，我们可以利用万能试验机或岩石试验机对岩石样本进行拉伸和压缩实验。
在拉伸实验中，样本的两端将被固定，在施加外力的情况下测量其断裂强度。
在压缩实验中，样本将被置于试验机中，施加逐渐增加的压力，以测量其抗压强度。
为了获取可靠的实验数据，我们需要进行多次重复实验，并记录实验过程中的各种参数。
二、实验结果通过对实验数据的统计和分析，我们可以获得岩石的拉压强度及其力学特性。
其中，拉伸强度是指岩石在受到外力作用下断裂的能力，通常以应力为单位。
抗压强度是指岩石在受到垂直于其表面施加的压力时的抵抗能力，通常以应力为单位。
此外，我们还可以计算出岩石的抗拉压比、应变等力学参数。
三、力学特性分析在获得实验结果后，我们可以对岩石的力学特性进行分析。
首先，我们可以比较不同岩石样本的拉压强度，研究其差异原因。
不同岩石类型由于其成因和结构的不同，其力学性质也会有所差异。
通过比较分析，我们可以更好地理解岩石的力学行为，并为相应的工程设计提供参考。
其次，我们可以研究岩石的破坏模式。
在拉伸实验中，岩石样本可能发生拉伸断裂、剪切断裂等多种破坏模式。
在压缩实验中，岩石样本可能出现侧向膨胀、剪切破裂等破坏形式。
通过研究不同岩石样本的破坏模式，我们可以了解岩石的断裂和变形机制，为岩石工程的安全评估和设计提供依据。
此外，我们还可以将拉压强度与其他力学参数进行关联分析。
例如，岩石的抗拉压比可以反映其在拉伸和压缩加载下的行为差异。
通过研究不同岩石样本的抗拉压比，我们可以了解岩石的整体力学特性，并在岩石工程中进行合理的力学模型选择。
深部岩石力学参数随赋存深度变化规律研究
深部岩石力学参数随赋存深度变化规律研究作者：林斌徐冬来源：《安徽理工大学学报·自然科学版》2017年第06期摘要：为了研究煤系地层中赋存深度的变化对深部岩石力学参数的影响，以50m为一个岩层深度范围，通过对淮南矿区潘集背斜上某矿赋存深度在800～1 300m深度范围的同一层泥岩和砂岩样本的单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、抗拉强度等岩石基本物理力学参数的试验研究，采用SPSS19.0对试验结果分别进行统计分析，结果发现，泥岩和砂岩的泊松比均随深度的增加而减小，而这两种岩石其余5个力学参数则随赋存深度而增加，且深度的变化对砂岩力学参数变化影响更大；深度在1 000m附近时，泥岩和砂岩的力学参数都会出现显著变化。
关键词：煤系地层；泥岩与砂岩；试验研究；岩石力学参数；赋存深度；变化规律中图分类号： TU45 文献标志码：A文章编号：1672-1098（2017）06-0052-08Abstract：In order to study on the effect of change in depth on mechanical parameters of deep rock in coal bearing strata， using 50m as a layer depth in this work， Mudstone and sandstone samples were taken from 9 different depths ranging from 800m to 1300m at Zhu Ji mine in Huainan mining area. According to the national standard， some physical and mechanical parameters of rock were obtained， including uniaxial compressive strength， elastic modulus，Poisson’s ratio，cohesion， friction angle， uniaxial tensile strength， by uniaxial compression tests， variable angle shear tests and Brazilian tests for two kinds of rock respectively after processing. Analyzing all these data respectively with statistics software SPSS19.0，it could be found that the Posisson’s ration of mudstone and sandstone both got smaller with the increase in depth， while the other five mechanical parameters all got bigger with depth， moreover， the change in depth exerted greater effect on sandstone mechnical parameters， and the mechanical properties of mudstone and sandstone both had significant changes in the depth of around 1 000m.Key words：coal bearing strata； mudstone and sandstone； experimental study； mechanical parameters of rock； overburden depth；law of changes随着现代社会的高速发展，各行各业对矿产资源的需求也越来越大，煤矿等矿产资源的开采深度也随之不断增加，伴随而来的工程技术问题和灾害也日益增多，使得深部岩石力学问题受到中外学者的广泛关注。
高分子材料的拉伸强度与断裂韧性研究
高分子材料的拉伸强度与断裂韧性研究摘要本文研究了高分子材料的拉伸强度和断裂韧性的相关性。
通过对不同高分子材料的拉伸实验和断裂韧性测试，我们得出了一些重要的结论。
本研究有助于深入了解高分子材料的机械性能，并为材料设计和应用提供参考。
引言高分子材料广泛应用于各个领域，如塑料制品、纤维材料和橡胶制品等。
在这些应用中，材料的拉伸强度和断裂韧性是非常重要的机械性能指标。
因此，研究高分子材料的拉伸强度和断裂韧性对于材料的开发和应用具有重要意义。
实验方法我们选择了三种常见的高分子材料A、B和C进行实验研究。
首先，我们使用拉伸实验仪对这些材料进行了拉伸实验，测量其拉伸强度和断裂伸长率。
然后，我们采用断裂韧性测试方法，通过对断裂表面的形态分析来评估材料的断裂韧性。
结果与讨论根据实验数据，我们得出了以下结论：1. 高分子材料A具有最高的拉伸强度，并且表现出很好的断裂韧性。
2. 高分子材料B的拉伸强度和断裂韧性较高，但低于材料A。
3. 高分子材料C的拉伸强度和断裂韧性较低，表现出较差的机械性能。
我们推测这些差异主要来自于材料的分子结构和聚合度。
高分子材料A具有较长的分子链，使得其相互作用更强，从而提高了拉伸强度和断裂韧性。
相反，高分子材料C的分子链较短，使得其相互作用较弱，导致了较低的机械性能。
结论本研究对高分子材料的拉伸强度和断裂韧性进行了系统性的研究。
通过实验和分析，我们得出了不同高分子材料的机械性能差异，并提出了一些材料设计和应用的建议。
这些研究结果对于高分子材料领域的科学研究和工程应用具有重要意义。
不同应力条件下岩石断裂韧性的研究
不同应力条件下岩石断裂韧性的研究断裂韧性是应力场影响下岩石断裂的重要物理特性之一，它可以定量衡量沿着断层线贯穿的岩石的最大抗力。
由于地壳的活动性，外力的影响，断裂韧性具有十分复杂的物理场景，因此研究每种岩石断裂韧性的研究对于岩石的力学性质研究具有重要意义。
在不同应力梯度下，岩石断裂韧性表现出不同的特征。
在低应力梯度下，岩石断裂韧性具有较高的值，表现出较强的抗拉抗压性能，而在高应力梯度下，岩石断裂韧性具有较低的值，表现出较低的抗拉抗压性能。
因此，岩石断裂韧性的研究主要集中在应力场的变化和岩石断裂韧性的相关研究上，以更好地了解岩石的表观力学特性。
研究发现，不同的岩石在不同应力梯度下断裂韧性表现出不同的特性，如火成岩和二硅酸盐岩断裂韧性分别具有较高和较低值。
这是由岩石的成分和结构决定的，在致密的岩石中，弹性模量和断裂韧性表现出较高的值，反之亦然。
此外，研究还发现，岩石断裂韧性随着应力梯度的增加而减小，具有明显的可逆性。
这表明，岩石的断裂韧性受到外部应力的影响，因此，仿真不同应力梯度下岩石断裂韧性的研究对于对岩石力学性质进行更加深入的研究具有重要意义。
现有研究表明，岩石断裂韧性可以通过理论模型和实验技术得到定量衡量，如拉伸实验法、压缩实验法和微裂纹实验法等。
然而，由于沿着断裂线贯穿的岩石可能存在复杂的剪切、压缩、拉伸和摩擦等应力状态，因此有必要实施现场监测，以提高岩石断裂韧性的理论研究和应用性。
针对上述情况，研究者利用计算机仿真技术，建立岩石断裂韧性的数值模型，以数值形式表示岩石断裂韧性在不同应力梯度下的变化规律，进行定量模拟和计算。
由此，为岩石断裂韧性在不同应力梯度下的研究提供了有力的理论依据，为下一步研究和应用提供了有益的参考。
归纳起来，岩石断裂韧性是应力场影响下岩石断裂的重要物理特征之一，它可以用实验技术和计算机模型定量衡量，有助于了解岩石的表观力学特性和应力场的变化规律，并且在岩石力学研究中起着关键性的作用。
大理岩动态劈裂拉伸断裂的实验研究
大理岩动态劈裂拉伸断裂的实验研究
李伟;王启智
【期刊名称】《实验力学》
【年(卷),期】2005(20)B12
【摘要】利用直径为100mm的Hopkinson压杆和薄圆形铝片作为波形整形器，用不同弹速径向冲击大理岩平台巴西圆盘来研究其动态拉伸强度。
考虑了试样的尺寸大小及两个平台附近应力的时间不均匀性与空间不均匀性对实验结果的影响。
分析了试样的最大应变率、破坏时间、破坏模式以及破坏过程中的载荷应变关系，得到了关于大理岩在高应变率下拉伸强度及弹性模量的一些结论。
进一步又利用该装置径向冲击人字形切槽巴西圆盘试样，对试样的起裂时间进行了初步的研究，以便今后测试动态断裂韧度。
【总页数】9页(P26-34)
【关键词】平台巴西圆盘;人字型切槽巴西圆盘;分离式;Hopkinson压杆;动态拉伸
强度;动态断裂韧度
【作者】李伟;王启智
【作者单位】四川大学土木工程与应用力学系,成都610065
【正文语种】中文
【中图分类】TU435
【相关文献】
1.灰岩和白云岩动态劈裂拉伸的SHPB试验研究 [J], 李松;方正峰;邹飞;;
2.大理岩动态劈裂拉伸的SHPB实验研究 [J], 李伟;谢和平;王启智
3.大理岩的高应变率动态劈裂实验 [J], 宋小林;谢和平;王启智
4.大理岩动态拉伸强度及弹性模量的SHPB实验研究 [J], 李伟;谢和平;王启智因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
岩石类材料的动态性能研究的开题报告
岩石类材料的动态性能研究的开题报告
一、研究背景和意义
岩石类材料广泛应用于建筑、地质、水电等领域，特别是在地质领域，人们常常需要了解岩石类材料的动态力学特性，以便更好地掌握地质情况，进行合理的地质勘探和开发工作。
但目前对于岩石类材料动态性能的研究还有一定的不足，因此研究岩石类材料的动态性能具有极其重要的现实意义和科学意义。
二、研究内容和目标
本研究将重点研究岩石类材料在动态载荷作用下的应力应变关系、动态弹性模量和动态变形特征等动态性能，并通过实验方法和计算模拟的手段，深入探究岩石类材料的纵波速度、横波速度、泊松比、体积模量、附加阻尼等动态力学特性。
三、研究方法
本研究将采用实验测试、计算模拟相结合的方法，其中实验测试将主要包括针对不同种类岩石的高速冲击试验、高速压缩试验等，以获得样品的动态力学特性；计算模拟方面将采用有限元方法和分子动力学方法，对岩石材料的动态力学行为进行数值模拟，为实验结果提供理论依据，并深入探究岩石颗粒之间相互作用的特性。
四、研究预期结果
本研究将通过实验测试和计算模拟手段分别得出岩石类材料在动态载荷作用下的应力应变关系、动态弹性模量和动态变形特征等动态性能数据，深入探究岩石类材料动态力学特性的规律性，为岩石工程设计提供更为准确的理论依据和技术支持。
同时，本研究也对于深入了解岩石类材料的动态力学特性以及相互作用规律等方面具有重要的理论和实践价值。
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岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.29 No.8 Aug.，2010
不同赋存深度岩石的动态断裂韧性 与拉伸强度研究
满 轲 1，2，周宏伟 1
(1. 中国矿业大学 岩石力学与分形研究所，北京 100083；2. 瑞士洛桑联邦理工大学 岩石力学实验室，洛桑 CH–1015)
本文中岩石劈裂试验，采用的是四川大学的 RMTS150 型程控伺服混凝土与岩石力学试验系统。 试验系统如图 1 所示，试验系统的性能参数见表 1。
Hale Waihona Puke σ t = 9.35KIc − 2.53 (R2 = 0.62)
(1)
式中： σ t 为拉伸强度， KIc 为 I 型断裂韧性。在 σ t = 0 的情况下，KIc = 0.27 ，这意味着不能承受拉 伸强度的岩石，但可以允许内部裂纹发生一定的扩
thepopman@
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岩石力学与工程学报
2010 年
与岩石破坏紧密相关的理论研究以及工程实例中， 岩石的断裂韧性是个重要的参量。迄今为止，国际 岩石力学学会 (ISRM)共推荐了 3 种测试岩石类材 料断裂韧性的方法[11，12]，尽管这些方法均为标准测 试方法，但是在对岩石的材料特性研究中并没有获 得广泛的应用。这是因为：相对较长的试件制备时 间，含预制裂纹试件的过早破坏导致的断裂韧性临 界点不易捕捉，以及在容许误差范围内如何获得满 足测试标准的预制裂纹尺寸等问题[13]。因此，迫切 需要一个简单有效的可以确定断裂韧性的方法。
J. J. Wang 等[16]通过研究黏土的断裂试验和拉 伸试验，同样发现这类材料的断裂韧性与拉伸强度
之间存在如下线形关系：
KIc = 0.354 6σ t (R2 = 0.88)
(3)
上述研究均表明，I 型断裂韧性与拉伸强度之
间有一定的联系，但是关于动态断裂韧性与强度之
间的关系，少有涉及。而这对于工程实际运用更为
摘要：按照国际岩石力学学会试验规范以及工程岩体试验方法标准(GB/T50266–99)，对不同赋存深度的玄武岩试 件分别进行动态断裂韧性测试和单轴拉伸强度测试，得到动态断裂韧性与拉伸强度之间可能存在一定的关系；并
从岩石破坏的力学机制角度，分析动态断裂韧性与拉伸强度之间存在联系的根本原因：两者均是由于岩石内部微
文章编号：1000–6915(2010)08–1657–07
RESEARCH ON DYNAMIC FRACTURE TOUGHNESS AND TENSILE STRENGTH OF ROCK AT DIFFERENT DEPTHS
MAN Ke1，2，ZHOU Hongwei1
(1. Institute of Rock Mechanics and Fractals，China University of Mining and Technology，Beijing 100083，China； 2. Rock Mechanics Laboratory，Swiss Federal Institute of Technology Lausanne(EPFL)，Lausanne CH–1015，Switzerland )
a0 a1
D
a1
a0
D
RRss
B (a) CCNBD 试件几何尺寸
图 3 SHPB 试验设备 Fig.3 SHPB testing equipment
表 3 SHPB 试验设备参数 Table 3 Parameters of SHPB testing equipment
入射杆 透射杆 杆直径
长度 长度 /mm
/mm /mm
弹性 纵波
发射腔
密度
模量 波速 泊松比 /GPa /(m·s－1)
气压 /MPa
/(kg·m－3)
75 2 000 2 000 250 5 400 0.285 0～10 7 810
在图 4 所示的动态断裂试验系统中，入射波进 入入射杆后，经一定时间传到入射杆与试件的交界 面处，部分入射波沿入射杆反射回来，另一部分通 过试件，并在透射杆中传播。
最大轴(切)向荷载/kN
轴(切)向伺服行程/mm
1 500(压) 900(拉)
0～150 ±75
劈裂试验即巴西法(Brazilian test)，这是岩石类 材料普遍采用的抗拉强度测试方法[18]。针对岩石直 接抗拉测试所得结果的离散性大及试验困难，采用 了该间接拉伸法。其原理是通过对圆盘加压，使圆 盘的中心线上应力处于均匀受拉状态，并通过圆盘 劈裂破坏时的加载轴压换算岩石的抗拉强度，其计 算公式为
1引言
岩石类准脆性材料的破坏过程是由于一个或多
个微裂纹的生核、扩展、贯通直至最终产生了宏观 裂纹，从而使岩石材料发生了破坏[1～6]。裂纹在岩 石破坏过程中起到了关键性的因素，而线弹性断裂 力学普遍被采用进行断裂扩展分析[7～10]。其中，在
收稿日期：2010–03–19；修回日期：2010–04–15 基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)项目(2009CB724602)；科技部国际科技合作项目(2007DFB60100)；国家自然科学基金资助项目(50674092， 50774076)；国家建设高水平大学公派研究生项目资助 作者简介：满 轲(1982–)，男，2004 年毕业于北京交通大学土木工程专业，现为博士研究生，主要从事岩石力学试验方面的研究工作。E-mail：
图 1 RMTS150 型程控伺服混凝土与岩石力学试验系统及 试件
Fig.1 Rock mechanics testing system RMTS150 and specimen
表 1 RMTS150 试验系统的性能参数 Table 1 Performance parameters of RMTS150
Abstract：According to the standard test method suggested by ISRM and Standard for Test Method of Engineering Rock Mass(GB/T50266–99)，the dynamic fracture toughness and uniaxial tensile strength of the basalt specimens at different depths are measured. It is observed that there may be a certain relation between dynamic fracture toughness and tensile strength. From the point of view of rock failure mechanism，the essential reason for existing relation between dynamic fracture toughness and tensile strength is analyzed. Rock failure is due to the microcrack unstable propagation. The growth，propagation and coalescence of microcracks in rocks induced by tensile stresses lead to the failure of rock. It provides an easy method to estimate the dynamic fracture toughness by the tensile strength value according to the certain relation between dynamic fracture toughness and tensile strength. It will greatly simplify the dynamic fracture toughness test. Key words：rock mechanics；uniaxial tensile strength；dynamic fracture toughness；microcrack；rock failure mechanism
裂纹受到拉应力作用而引起微裂纹的扩展、互相贯通，从而导致岩石的破坏。根据动态断裂韧性与拉伸强度之间
可能存在的关系，可以由拉伸强度的测试结果推测试件的动态断裂韧性值，将大大简化动态断裂韧性测试的繁琐
性。
关键词：岩石力学；单轴拉伸强度；动态断裂韧性；微裂纹；岩石破坏机制
中图分类号：TU 45
文献标识码：A
厚度 B/mm 纹长度 纹长度
a0/mm
a1/mm
30
9.89
24.37
刀锯半径 Rs/mm
26
量纲一的 应力强度
因子
0.84
0.800 0，α0 = a0 /R = 0.263 7，α1 = a1 /R = 0.650 0， αs = Rs /R = 0.693 3。 3.2 试验设备及测试原理
采用中南大学研制的 75 mm 杆径 SHPB 试验装 置，对平台 CCNBD 试件进行了动态冲击加载试 验。SHPB 试验设备见图 3 所示，SHPB 试验设备参 数见表 3 所示。
B. N. Whittaker 等[14]得到了 I 型断裂韧性与拉 伸强度的关系可以表述为
武岩岩块分别采自海拔+190 m，+90 m，－10 m 处， 其赋存深度分别为 410，510，610 m。
本试验严格按照相关标准[17]的规定。拉伸强度 的测试采用的是劈裂试验方法，所用的试件尺寸为 φ 50 mm×25 mm 的标准试样。 2.2 试验设备及测试原理