V形切槽巴西圆盘法测定岩石断裂韧度KIC的实验研究

›› 2010, Vol. 31 ›› Issue (9): 2743-2748.

V形切槽巴西圆盘法测定岩石断裂韧度KIC的实验研究

崔振东¹，刘大安¹，安光明¹，周苗²，李志清^{3, 1}

1. 中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院工程地质力学重点实验室，北京 100029；2. 中国矿业大学力学与建筑工程学院，北京 100083； 3. 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，南京 210098

收稿日期:2009-04-28 出版日期:2010-09-10 发布日期:2010-09-16
作者简介:崔振东，男，1980年生，博士研究生，主要从事工程地质与岩石断裂力学方面研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(No. 40472145)；国家973项目(No. 2006CB705802)；河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室开放研究基金（No. GH200802）。

Research for determining mode I rock fracture toughness KIC using cracked chevron notched brazilian disc specimen

CUI Zhen-dong¹，LIU Da-an¹，AN Guang-ming¹，ZHOU Miao2，LI Zhi-qing ^{3, 1}

1. Key Laboratory of Geomechanics, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China; 2. School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China; 3. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China

Received:2009-04-28 Online:2010-09-10 Published:2010-09-16

摘要/Abstract

摘要：

采用国际岩石力学学会岩石断裂韧度建议测试方法(ISRM)[1]提出的V形切槽巴西圆盘试样(CCNBD)，测试了一种泥质砂岩的I型断裂韧度值，给出了一套试样切割制备方案，从试验现象角度分析了该泥质砂岩的断裂力学特性，讨论了该试样类型的有效尺寸和断裂机制，并指出了该方法的特点和优劣性，得出如下结论：（1）该类岩石试样测得的I型断裂韧度值对CCNBD试样直径尺寸变化具有较大的敏感性，并且直径大于ISRM建议方法中最小有效直径（75 mm）的试样测试结果更为稳定；（2）CCNBD试样断裂机制表现为以拉张应力（间接拉伸）作用为主，兼有一定的韧带面内剪切作用的应力状态下I型裂纹扩展模式；（3）V形切槽巴西圆盘方法具有试样加工工艺简单、能承受较大临界载荷、测试的I型断裂韧度值较稳定等优点，但其没有考虑断裂过程区(FPZ)的非线性问题，建议对该方法进行非线性修正图解方案研究，以达到更准确测定岩石断裂韧度的目的。

关键词: 岩石断裂韧度, V形切槽巴西圆盘(CCNBD), 裂纹扩展, 断裂机制

Abstract:

Cracked chevron notched brazilian disc (CCNBD) specimen configuration has been used to test the mode I fracture toughness of muddy sandstone according to the ISRM d suggested testing method in 1995. A new cutting procedure of CCNBD specimen is given. Specific rock fracture characteristics have been observed. The valid size range and fracture mechanism of this specimen type have been discussed. Then the advantages and disadvantages of CCNBD method are pointed out. It can be concluded as follows: (1) Derived fracture toughness values are sensitive to the variation of CCNBD specimen diameters; and more consistent fracture toughness values can be derived by the specimen with larger diameter than the ISRM suggested “minimum effective diameter 75 mm”. (2) Fracture mechanism of CCNBD specimen is mode I crack growth type under the synthetic stresses of the dominant tensile stress (indirect tensile) and the in-ligament shear stress. (3) CCNBD method has advantages with simple sample preparation, bearing a greater critical load and generating compatible KIC values. But this method has not considered the nonlinearity of fracture process zone (FPZ); and it is lack of the nonlinearity calibration procedure. It is advised to develop nonlinearity calibration procedure for the CCNBD method in order to generate more accurate testing results.

Key words: rock fracture toughness, cracked chevron notched brazilian disc (CCNBD), crack growth, fracture mechanism

中图分类号:

TU 458

崔振东，刘大安，安光明，周苗，李志清. V形切槽巴西圆盘法测定岩石断裂韧度KIC的实验研究[J]. , 2010, 31(9): 2743-2748.

CUI Zhen-dong，LIU Da-an，AN Guang-ming，ZHOU Miao，LI Zhi-qing. Research for determining mode I rock fracture toughness KIC using cracked chevron notched brazilian disc specimen[J]. , 2010, 31(9): 2743-2748.

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