冲击荷载下双裂隙砂岩渐进破坏特性及裂纹扩展机制研究

作     者：张庆海 许晓亮 李建林 武立华 王小平 时全 ZHANG Qinghai;XU Xiaoliang;LI Jianlin;WU Lihua;WANG Xiaoping;SHI Quan

作者机构：三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室湖北宜昌443002 绥化学院黑龙江绥化152001 陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室江苏南京210007 

出 版 物：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2025年第44卷第5期

页      面：1242-1256页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金重大科研仪器研制项目(52327811) 黑龙江省省属本科高校基本科研业务费项目(YWF10236240136) 

主　　题：岩石力学 裂隙砂岩 裂纹扩展 能量耗散 DIC技术 破坏模式 应变集中 

摘      要：为研究裂隙砂岩的动态渐进破坏特性及裂纹扩展机制,利用SHPB装置对预制双裂隙砂岩试件进行冲击压缩试验,借助DIC技术实时监测裂纹扩展和动态破坏过程,开展不同裂隙倾角下岩样强度特性和破坏模式分析,揭示裂纹应变演化机制。结果表明:(1)通过试件表面裂纹白斑萌生捕捉确定起裂荷载,其在峰值荷载的70%~83%范围,起裂荷载与峰值荷载均随倾角呈现先减后增的“U型趋势。(2)通过试件破碎块数测定发现能量耗散率与破碎程度具有显著正相关性,45°和90°试件的能量耗散率分别为最低值和最高值。(3)裂纹扩展过程中,拉伸裂纹通常先于剪切裂纹出现,前者分布与荷载冲击方向接近,后者整体出现在与冲击方向50°~130°夹角范围;不同倾角下,试件呈现出“一字型劈裂拉伸破坏、“X型拉-剪切混合破坏以及“纺锤与“X型复合破坏3种模式,共包含6种裂纹聚集形式。(4)冲击荷载下试件的渐进破坏过程划分为弹性变形、屈服变形和宏观破坏3个阶段,破坏过程主要由裂隙尖端应变集中因子D_f和起裂时间决定,D_f曲线的斜率均方指数(K)可为裂隙岩体动力损伤速率的评价提供理论依据。