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  • ISSN:0253-9993
  • CN: 11-2190/TD

《煤炭学报》

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含张开/闭合裂隙的巴西圆盘裂纹扩展过程

作者(Author):

  • 唐世斌
  • 孙康
  • 张永亮
  • 吴斐

作者单位:

  • 大连理工大学 岩石破裂与失稳研究所
  • 青岛理工大学 机械与汽车工程学院
  • 重庆大学 资源与安全学院

关键词:

  • 巴西圆盘
  • 裂纹扩展
  • 应力强度因子
  • 改进的断裂准则
  • 岩石破裂
  • 摘要
  • 论文图表
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  • 引用格式

大量的岩体失稳与节理、裂隙的起裂、扩展和贯通密切相关,裂纹扩展机理及分析方法研究具有重要的科学和工程意义。数值模拟作为一种有效的岩石破裂分析方法备受研究者青睐,但目前的模拟方法在分析压剪闭合等复杂裂隙的力学行为时,还存在诸如扩展路径锯齿化、网格依赖、扩展步长受限等问题。基于此,以巴西圆盘为基本研究对象,开展了不同初始裂隙类型(张开、闭合、填充)、接触摩擦、裂隙倾角等物理力学参数对裂纹扩展特性的影响及破裂机理的研究。首先,基于岩石断裂力学理论和裂纹尖端应力场,运用最大周向应力准则(MTS)研究了张开、闭合等初始裂纹扩展过程,分析了产生锯齿状扩展路径的内在原因,以及传统方法在快速、有效的裂纹扩展路径模拟方面存在的问题。在此基础上,建立了准脆性材料破裂局部化理论的岩体断裂模拟方法,避免了断裂参数计算不准的难题,显著提高了计算的易操作性和精度。此外,通过裂纹尖端区域的局部网格自动重划分,单步的扩展长度并不受网格大小的限制,解决了裂纹扩展的网格依赖问题。最后,通过对裂纹扩展过程力学特性以及起裂角度、扩展路径等分析,获得了整个破裂过程中裂隙面的接触、分离及再闭合等状态以及裂纹扩展的力学机理。该研究提高了岩石破裂过程模拟的效率和准确性,弥补了目前有关压剪应力状态下闭合裂纹扩展研究的不足,实现了破裂路径的精细模拟。


唐世斌,孙康,张永亮,等.含张开/闭合裂隙的巴西圆盘裂纹扩展过程[J].煤炭学报,2021,46(11):3459-3469. TANG Shibin,SUN Kang,ZHANG Yongliang,et al.Fracture growth of Brazilian disk with open/closed cracks[J].Journal of China Coal Society,2021,46(11):3459-3469.
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