基于DIC方法与声发射的花岗岩断裂过程区范围研究

摘要：

岩石在断裂过程中容易在裂纹尖端产生断裂过程区(fracture process zone,FPZ),断裂过程区的几何特征决定了岩石材料断裂特征和宏观力学行为,直接影响工程岩体的安全性和稳定性.为研究花岗岩断裂过程区的孕育特征及演化过程,在MTS液压伺服试验机上对带切口半圆盘试样进行三点弯Ⅰ型加载试验.借助数字图像相关方法(digital image correlation,DIC)和声发射(acoustic emission,AE)定位技术对宏微观尺度下Ⅰ型裂纹尖端的断裂过程区孕育过程进行研究.采用自编程的声发射信号识别与定位方法,得到微裂纹事件空间分布密度阈值和能量分布,确定微观尺度上断裂过程区的范围和外边界,结合宏观DIC方法得到岩石的断裂过程区的临界应变值εFPZ.同时,使用Irwin-Bazant模型确定试样完全发育的断裂过程区长度,并与试验结果进行对比.结合试样波速,进一步得到裂纹端部临界张开度解析解.结果表明:(1)试验所用岩石断裂过程区临界应变值为1.8‰左右;(2)断裂过程区长度理论值与试验值吻合良好,对于试验所用岩石,断裂过程区的理论长度为5.2～8.7 mm,试验结果为5.0～8.0mm;(3)断裂过程区的边界可认为是沿裂纹扩展方向声发射能量由高能量突变并维持在低能量的位置.

关键词：岩石力学、声发射、数字图像相关方法、断裂过程区、裂纹张开度、花岗岩

所属期刊栏目：41

分类号：TU45(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家重点研发计划2020YFA0711802

在线出版日期：2023-02-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：2497-2508