关于压缩剪切断裂的尺寸效应的实验研究 含有开放裂纹的岩石类材料的压缩剪切断裂特征
Zixuan Li1, Shiyuan Huang2, Chuan Lv1
1Engineering Research Center of Diagnosis Technology and Instruments of Hydro-Construction, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China.
样本大小在压缩剪切应力下显著影响类似岩石材料的断裂力学. 较大的尺寸导致压力强度较低,裂形成较早,这对于工程应用至关重要.
科学领域:
- 地质技术工程 地质技术工程
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 岩石力学 岩石力学 岩石力学
背景情况:
- 在压缩剪切下岩石类材料的断裂力学对于采矿和民用基础设施至关重要.
- 了解大小对故障机制的影响对于准确的工程预测至关重要.
研究的目的:
- 调查样品尺寸和裂纹倾向对压缩剪切条件下的石膏破裂行为的影响.
- 分析尺寸对压力强度,故障模式和裂纹启动角度的影响.
主要方法:
- 在不同尺寸 (75-150毫米) 和裂纹倾斜角度 (0°-90°) 的立方石膏样本上进行了单轴压缩测试.
- 分析使用了最大触角应力 (MTS) 和一般化最大触角应力 (GMTS) 标准.
- 研究的参数包括相对临界大小 (α) 和相对开放度 (η).
主要成果:
- 随着标本大小的增加,压力强度显著下降;75毫米标本在30°倾斜时显示2.53 MPa,而150毫米标本显示1.05 MPa.
- 裂启动角度随裂倾斜而增加,与50°以下的理论预测保持一致.
- 标本大小,而不是裂纹倾向,主要影响了裂纹尖端的接触应力,导致较大标本的早期宏观裂纹形成.
结论:
- 标本大小是影响压缩剪切应力下的准脆材料中断裂行为和强度的关键因素.
- 在临界裂大小 (rc) 和样本大小 (L) 之间建立了线性关系:rc = -0.01772L + 3.54648.8.
- 这些发现为预测工程应用中岩石结构中的材料故障提供了必要的见解.
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