既有離散元參數(shù)敏感性分析大多集中在壓縮試驗(yàn)及巴西劈裂試驗(yàn),對Ⅰ型斷裂韌度K_Ic試驗(yàn)細(xì)觀影響因素及3D破裂過程系統(tǒng)分析的報(bào)道較少。采用三維平節(jié)理模型（FJM3D）研究微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)及黏結(jié)細(xì)觀參數(shù)對不同切槽形狀的Ⅰ型斷裂韌度試驗(yàn)的影響。微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)包括晶粒平均半徑的平方根R^1/2、模型分辨率Ψ和最大/最小晶粒直徑d_max/d_min。黏結(jié)細(xì)觀參數(shù)包括平均配位數(shù)CN、S類型單元比例φ_s、黏結(jié)抗拉強(qiáng)度σ_b、黏結(jié)內(nèi)聚力c_b、摩擦系數(shù)μ和摩擦角φ。參數(shù)敏感性分析結(jié)果表明,K_Ic與R^1/2、CN及σ_b正相關(guān),與d_max/d_min 、φ_s負(fù)相關(guān),而與Ψ、c_b、μ和φ無明顯的線性關(guān)系,此外為獲得較低的K_Ic波動水平,給出了參數(shù)Ψ和d_max/d_min

【文章來源】：巖土力學(xué). 2020,41(08)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

型斷裂韌度Fig.3GeometricaldimensionsofmsCC－C(a)SCB試樣

第8期吳順川等：Ⅰ型斷裂韌度模擬方法及細(xì)觀影響因素研究2543(a)荷載、裂紋數(shù)目與位移關(guān)系曲線(b)2.58kN(79%Fp)(c)3.14kN(96%Fp)(d)3.25kN(99%Fp)(nT=10,nS=0)(nT=107,nS=0)(nT=169,nS=0)(e)3.27kN(100%Fp)(f)2.16kN(66%Fp)(nT=218,nS=0)(nT=770,nS=0)圖9排列4的SCB數(shù)值試驗(yàn)的細(xì)觀裂紋擴(kuò)展過程Fig.9DevelopmentofthefailureprocessintheSCBnumericaltestofarrangement4CCNSCB細(xì)觀模型的I型斷裂韌度試驗(yàn)分為3個階段，即人字形切槽尖端起裂（a點(diǎn)）、穩(wěn)定擴(kuò)展（a～c點(diǎn)）和貫通（c～e點(diǎn)）階段。CCNSCB數(shù)值試驗(yàn)破裂過程類似于室內(nèi)試驗(yàn)，裂紋起裂荷載1.61kN，位于人字切槽尖端，均為張拉裂紋，約為峰值時總裂紋數(shù)目的10%。隨后張拉裂紋沿人字形韌帶向上穩(wěn)定擴(kuò)展，裂紋均為張拉裂紋。其荷載點(diǎn)b處荷載為1.80kN，約為峰值荷載的86%。之后，進(jìn)入非穩(wěn)定擴(kuò)展、貫通階段，在c點(diǎn)荷載達(dá)到最大值2.09kN，此時，細(xì)觀張拉裂紋達(dá)到臨近長度。不同于SCB試樣，CCNSCB試驗(yàn)荷載從c點(diǎn)到e點(diǎn)階梯式下降。張拉裂紋由人字切槽擴(kuò)展到半圓盤表面，隨后裂紋在較小的位移下數(shù)量急劇增加，是峰值時總裂紋數(shù)目的約15倍。在c點(diǎn)隨著荷載的下降裂紋急劇增加，最終形成貫通半圓盤表面的宏觀裂紋。整個過程來看，從a～d點(diǎn)，裂紋前緣基本為曲線形，不同于理論假定的穿透直裂紋[18-19]，離散元模型反映了試樣的非均質(zhì)性。之所以CCNSCB與SCB數(shù)值試驗(yàn)呈現(xiàn)較大差別，是因?yàn)閮烧卟煌那胁坌螤顚?yīng)著不同的破裂機(jī)制，人字形切槽尖端較直切槽更為應(yīng)力集中?

此時裂紋在空間上長度最大，尖端應(yīng)力較人字切槽尖端應(yīng)力集中程度減緩，試驗(yàn)需要一定的時步來加劇其應(yīng)力集中使黏結(jié)破裂，因此，在荷載-位移曲線上體現(xiàn)出震蕩增加或下降，這也從數(shù)值試驗(yàn)角度解釋了CCNSCB試樣的斷裂韌度一般高于SCB試樣。(a)荷載、裂紋數(shù)目與位移關(guān)系曲線(b)1.61kN(77%Fp)(c)1.80kN(86%Fp)(d)2.09kN(100%Fp)(nT=7,nS=0)(nT=28,nS=0)(nT=71,nS=0)(e)2.08kN(99.5%Fp)(f)1.20kN(57%Fp)(nT=206,nS=0)(nT=1039,nS=0)圖10排列4的CCNSCB數(shù)值試驗(yàn)的細(xì)觀裂紋擴(kuò)展過程Fig.10DevelopmentofthefailureprocessintheCCNSCBnumericaltestofarrangement4圖11(a)、11(b)展示了SCB和CCNSCB試樣室內(nèi)試驗(yàn)在加載方向上有單條宏觀裂紋，黑色細(xì)線表示宏觀裂紋。數(shù)值試驗(yàn)的破裂試樣見圖11(c)、11(d)，紅色圓碟表征細(xì)觀裂紋，兩者具有可比性，在加載方向上為一條宏觀破裂。雖然FJM3D模型的細(xì)觀裂紋是離散的，仍可清晰分辨出宏觀裂紋為單條。0.000.050.100.150.200.250.300.350.400123荷載/kN位移/mm排列4的FJM3D模型030060090012001500ecdb張拉裂紋-位移曲線剪切裂紋-位移曲線裂紋數(shù)目/個a0.000.050.100.150.200.250.300.350.4001234荷載/kN位移/mm排列4的FJM3D模型030060090012001500ecdb張拉裂紋-位移曲線剪切裂紋-位移曲線裂紋數(shù)目/個a

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]中心直裂紋半圓盤試樣的石灰?guī)r斷裂韌度尺寸效應(yīng)試驗(yàn)研究[J]. 張盛,王龍飛,常旭,王東坤,王小良,喬洋.  巖土力學(xué). 2019(05)
[2]Coupled hydro-thermo-mechanical modeling of hydraulic fracturing in quasi-brittle rocks using BPM-DEM[J]. Ingrid Tomac,Marte Gutierrez.  Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2017(01)
[3]巖石斷裂韌度CCNSCB方法漸進(jìn)破壞機(jī)制與無量綱應(yīng)力強(qiáng)度因子寬范圍標(biāo)定[J]. 戴峰,魏明東,徐奴文,許媛,趙濤.  巖土力學(xué). 2016(11)
[4]巖石斷裂韌度的國際聯(lián)合試驗(yàn)研究[J]. 徐紀(jì)成,劉大安,孫宗頎,張靜宜,黎振茲,易建國.  中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 1995(03)

博士論文
[1]脆性巖石抗拉特性及其破裂機(jī)制的試驗(yàn)與細(xì)觀模擬研究[D]. 許學(xué)良.北京科技大學(xué) 2017



本文編號：3313173