在實(shí)際工程中,巖石被看成是一種內(nèi)部含有大量損傷缺陷的非連續(xù)材料,這些缺陷會(huì)對(duì)巖石在外力干擾下的裂紋擴(kuò)展、貫穿機(jī)理以及力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生重大影響,導(dǎo)致巖體的強(qiáng)度降低、剛度減小,引發(fā)一系列塌方、滑坡、巖爆等重大工程地質(zhì)災(zāi)害。但由于試件加工技術(shù)以及實(shí)驗(yàn)采集設(shè)備的局限,研究中大多將此類問題簡(jiǎn)化為二維破壞模型或者采用類巖石材料的三維破壞實(shí)驗(yàn),但簡(jiǎn)化為二維破壞模式會(huì)導(dǎo)致重要的三維信息丟失而且類巖石材料和巖石材料的破壞有著本質(zhì)的不同。此外,基于三維損傷在巖石中的普遍性,開展巖石材料的三維裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)研究對(duì)實(shí)際工程設(shè)計(jì)、施工意義重大。本文對(duì)砂巖預(yù)制兩種深度下,三種角度的非連續(xù)三維表面裂紋的試件進(jìn)行單軸壓縮實(shí)驗(yàn),結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)法進(jìn)行表面變形的動(dòng)態(tài)捕捉,并對(duì)破壞的試件進(jìn)行CT掃描,運(yùn)用圖像處理技術(shù)將裂紋進(jìn)行三維重構(gòu),彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)過程中的內(nèi)部破壞信息丟失的不足,分析發(fā)現(xiàn)三維破壞與二維破壞規(guī)律有著顯著的不同,獲得主要成果如下:首先,當(dāng)預(yù)制裂紋深度d和試件厚度t的比值d/t≥1/3時(shí),破壞模式更接近于二維貫穿破壞;當(dāng)d/t<1/3時(shí),具有更明顯的三維表面破壞模式;其次,實(shí)驗(yàn)試件單軸壓縮強(qiáng)度受深度因素影響較為明... 

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格里菲斯平板

機(jī)理。此后，Einstein和Reyes[17]對(duì)石膏類巖石材料制作的兩條預(yù)制裂紋試樣進(jìn)行單軸壓縮實(shí)驗(yàn)，用高速攝像機(jī)記錄了翼型裂紋以及反翼型裂紋的萌生和擴(kuò)展過程。Park和Robet等人[18]繼續(xù)采用石膏材料制作三根裂紋的單軸壓縮實(shí)驗(yàn)，首次觀測(cè)出三種不同的裂紋在預(yù)制裂紋尖端萌生，包括翼型裂紋、次生共面裂紋以及次生非共面裂紋。在預(yù)制三根裂紋的破壞研究中，潘鵬志和馮夏庭等人[19]運(yùn)用巖石材料實(shí)驗(yàn)試件的單軸壓縮實(shí)驗(yàn)，通過控制因素法對(duì)比發(fā)現(xiàn)三根裂紋間不同的傾角及巖橋角度均對(duì)試件破壞以及貫通模式有著不同程度的影響。圖1.2類巖石材料破壞模式Fig1.2rock-lilematerialcrackfailuremode在二維裂紋的擴(kuò)展方面，無(wú)論是理論推導(dǎo)還是實(shí)驗(yàn)分析中，近些年學(xué)者們的研究都取得了不小的成果。而三維裂紋由于更加復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型、實(shí)驗(yàn)試件加工

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文4困難以及現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)技術(shù)的缺陷等因素，都給三維裂紋的研究帶來(lái)了不小的阻礙。然而，現(xiàn)實(shí)中的巖土體為非均勻、不連續(xù)體，內(nèi)部存在著各種各樣的缺陷，僅僅將其簡(jiǎn)化為二維模型是不科學(xué)的，因此開展三維裂紋的研究顯得尤為重要。圖1.3三維單裂紋擴(kuò)展研究Fig1.3singlecrackpropagation關(guān)于三維裂紋實(shí)驗(yàn)最早開展的是Erdogan[20-22]等學(xué)者，在通過大量的實(shí)驗(yàn)方法得到的結(jié)論：預(yù)制裂紋是沿著最大拉應(yīng)力作用方向延伸的。在1969年，Sommer[22]運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法研究了復(fù)合型裂紋的擴(kuò)展、貫通規(guī)律以及其破壞的力學(xué)特性。隨后，Adams和Sines[23-24]繼續(xù)運(yùn)用相似材料，但和以往不同的創(chuàng)新性是采用了具有透明性的有機(jī)玻璃材料，在實(shí)驗(yàn)試件中預(yù)制了三維的橢圓狀裂紋的PMMA試件進(jìn)行單軸壓縮實(shí)驗(yàn)，首次觀測(cè)出次生裂紋的擴(kuò)展情況，以及裂紋尖端魚鰭狀裂紋隨著加載增大開始在四周出現(xiàn)花瓣?duì)畹牧鸭y擴(kuò)展現(xiàn)象，為裂紋擴(kuò)展的觀察提供了新思路。Teng和Yin[25]在此后連續(xù)進(jìn)行了有機(jī)玻璃、大理巖等三維裂紋試件的壓縮實(shí)驗(yàn)，來(lái)觀察復(fù)合型裂紋的擴(kuò)展模式和規(guī)律。此后，Wong等人[25-28]同樣運(yùn)用PMMA材料預(yù)制了橢圓形錢幣狀三維裂紋進(jìn)行了單軸及雙軸實(shí)驗(yàn)，表明了裂紋的擴(kuò)展長(zhǎng)度與試樣的厚度存在著一定的關(guān)系，在厚度越大的情況下，裂紋的擴(kuò)展長(zhǎng)度越校黃明利和黃凱珠等人[29]，同樣運(yùn)用PMMA制作的三維表面裂紋試件進(jìn)行單軸破壞得出結(jié)論，三維裂紋的貫通主要有兩種方式：一種情況是三維預(yù)制裂紋與后期的翼型裂紋以相互搭接的方式形成貫通，另一種是預(yù)制裂紋尖端的翼型裂紋相互整合而形成的類似于第二型裂紋的花瓣?duì)钬炌�；此外，研究發(fā)現(xiàn)了裂紋擴(kuò)展方式和表面裂紋深度有著很大的關(guān)系：當(dāng)d/t≥1/3（d為試件的厚度，t為表面裂紋的最大

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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