在實際工程中,巖石被看成是一種內部含有大量損傷缺陷的非連續(xù)材料,這些缺陷會對巖石在外力干擾下的裂紋擴展、貫穿機理以及力學性質產生重大影響,導致巖體的強度降低、剛度減小,引發(fā)一系列塌方、滑坡、巖爆等重大工程地質災害。但由于試件加工技術以及實驗采集設備的局限,研究中大多將此類問題簡化為二維破壞模型或者采用類巖石材料的三維破壞實驗,但簡化為二維破壞模式會導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展實驗研究對實際工程設計、施工意義重大。本文對砂巖預制兩種深度下,三種角度的非連續(xù)三維表面裂紋的試件進行單軸壓縮實驗,結合數字圖像相關法進行表面變形的動態(tài)捕捉,并對破壞的試件進行CT掃描,運用圖像處理技術將裂紋進行三維重構,彌補實驗觀測過程中的內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,當預制裂紋深度d和試件厚度t的比值d/t≥1/3時,破壞模式更接近于二維貫穿破壞;當d/t<1/3時,具有更明顯的三維表面破壞模式;其次,實驗試件單軸壓縮強度受深度因素影響較為明... 

【文章來源】：重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

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格里菲斯平板

機理。此后，Einstein和Reyes[17]對石膏類巖石材料制作的兩條預制裂紋試樣進行單軸壓縮實驗，用高速攝像機記錄了翼型裂紋以及反翼型裂紋的萌生和擴展過程。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驗，首次觀測出三種不同的裂紋在預制裂紋尖端萌生，包括翼型裂紋、次生共面裂紋以及次生非共面裂紋。在預制三根裂紋的破壞研究中，潘鵬志和馮夏庭等人[19]運用巖石材料實驗試件的單軸壓縮實驗，通過控制因素法對比發(fā)現(xiàn)三根裂紋間不同的傾角及巖橋角度均對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在二維裂紋的擴展方面，無論是理論推導還是實驗分析中，近些年學者們的研究都取得了不小的成果。而三維裂紋由于更加復雜的數學模型、實驗試件加工

重慶大學碩士學位論文4困難以及現(xiàn)場觀測技術的缺陷等因素，都給三維裂紋的研究帶來了不小的阻礙。然而，現(xiàn)實中的巖土體為非均勻、不連續(xù)體，內部存在著各種各樣的缺陷，僅僅將其簡化為二維模型是不科學的，因此開展三維裂紋的研究顯得尤為重要。圖1.3三維單裂紋擴展研究Fig1.3singlecrackpropagation關于三維裂紋實驗最早開展的是Erdogan[20-22]等學者，在通過大量的實驗方法得到的結論：預制裂紋是沿著最大拉應力作用方向延伸的。在1969年，Sommer[22]運用實驗方法研究了復合型裂紋的擴展、貫通規(guī)律以及其破壞的力學特性。隨后，Adams和Sines[23-24]繼續(xù)運用相似材料，但和以往不同的創(chuàng)新性是采用了具有透明性的有機玻璃材料，在實驗試件中預制了三維的橢圓狀裂紋的PMMA試件進行單軸壓縮實驗，首次觀測出次生裂紋的擴展情況，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)花瓣狀的裂紋擴展現(xiàn)象，為裂紋擴展的觀察提供了新思路。Teng和Yin[25]在此后連續(xù)進行了有機玻璃、大理巖等三維裂紋試件的壓縮實驗，來觀察復合型裂紋的擴展模式和規(guī)律。此后，Wong等人[25-28]同樣運用PMMA材料預制了橢圓形錢幣狀三維裂紋進行了單軸及雙軸實驗，表明了裂紋的擴展長度與試樣的厚度存在著一定的關系，在厚度越大的情況下，裂紋的擴展長度越校黃明利和黃凱珠等人[29]，同樣運用PMMA制作的三維表面裂紋試件進行單軸破壞得出結論，三維裂紋的貫通主要有兩種方式：一種情況是三維預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狀貫通；此外，研究發(fā)現(xiàn)了裂紋擴展方式和表面裂紋深度有著很大的關系：當d/t≥1/3（d為試件的厚度，t為表面裂紋的最大

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]巖石孔隙結構三維隨機重構研究[D]. 肖南.重慶大學 2018

碩士論文
[1]采用DIC研究巖石—混凝土界面裂縫擴展過程[D]. 王娜.大連理工大學 2016
[2]數字圖像相關（DIC）測量方法在材料變形研究中的應用[D]. 白曉虹.東北大學 2011



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