含穿透裂纹岩石的高频疲劳特性研究

爆破基础理论,爆破裂纹

第28卷第7期 V ol.28 No.7 工 程 力 学 2011年 7 月 July 2011 ENGINEERING MECHANICS

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收稿日期:2009-12-08;修改日期:2010-04-01

基金项目:国家自然科学基金项目(10872133);上海市浦江人才计划项目(09PJ1407700)

作者简介:∗周有成(1984―),男,浙江温州人,硕士生,从事岩石混凝土力学性能研究(E-mail: zyc_scu@http://www.360docs.net/doc/info-e6507f665fbfc77da369b165.html );

陈有亮(1966―),男,河北衡水人,教授,博士,从事岩土力学与地下工程研究(E-mail: chenyouliang2001@http://www.360docs.net/doc/info-e6507f665fbfc77da369b165.html ); 邵 伟(1984―),男,安徽蚌埠人,硕士生,从事岩石混凝土力学性能研究(E-mail: shaowei2775@http://www.360docs.net/doc/info-e6507f665fbfc77da369b165.html ).

文章编号:1000-4750(2011)07-0098-05

含穿透裂纹岩石的高频疲劳特性研究

*

周有成,陈有亮,邵 伟

(上海理工大学土木工程学系,上海 200093)

摘 要:该文以高强度白水泥为模拟材料,对含预置不同数目穿透裂纹的岩石进行了单轴压缩试验以及高频疲劳单轴压缩试验研究。该文充分考虑了裂纹对岩石试块宏观力学性能的影响,描述了裂纹扩展的规律,得到了含穿透裂纹的岩石材料的S -lg N 曲线和考虑裂纹相互作用的疲劳方程。 关键词:岩石;疲劳;高频试验;穿透裂纹;断裂 中图分类号:TU458 文献标志码:A

THE HIGH-FREQUENCY FATIGUE CHARACTERISTICS OF ROCK

WITH CRACKS

*

ZHOU You-cheng , CHEN You-liang , SHAO Wei

(Department of Civil Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

Abstract: In this paper, high-strength white cement is adopted as the experimental material for simulating rocks, and high-frequency fatigue uniaxial compression tests of rock specimen with different number of cracks are conducted. Considering the influence of cracks on the mechanical properties of specimens, the crack extension mechanism is investigated, while the S -lg N curves and the fatigue equation for the rock specimens are obtained. Key words: rock; fatigue; high-frequency; crack; fracture

近年来,随着地铁及高速铁路的迅速发展,轨道下方岩体在荷载反复作用下的破坏机理及疲劳损伤等问题越来越受到学术界和工程界的关注。由于自然环境下的岩体一般是含有节理裂隙的介质,所以对含预置裂纹的岩石进行高频试验研究是非常必要的。国内外学者对多裂纹岩石裂纹之间的相互作用做了大量的研究。如:Reyes 等[1]对含两个张开裂纹类岩石的石膏试样进行了单轴压缩试验,得到两裂纹相互作用的贯通机制。Shen 等[2]用类岩石的相似材料进行了类似的实验,得出了闭合裂纹摩擦系数与裂纹相互作用的关系。Bobet 等[3]通过单轴和双轴加载下的对比实验,研究了侧向应力对裂纹的扩展模式、贯通机制和破坏特征的影响。Horii 等[4]和Wong 等[5]对预置多裂纹的试样进行研究,得到了单轴和双轴压缩下多裂纹间的相互作用机

制。国内黄明利等[6]应用MFPA2D 软件分析了岩石中裂纹破坏过程,探讨了预裂纹在具有不同岩性的岩石中的扩展、相互作用直至贯通过程的破坏机制。车法星等[7]也进行了大量的预置裂纹的相似材料实验,并通过有限元分析验证实验结果。另外,国内外学者对岩石材料的疲劳裂纹扩展做了大量研究,也获得了很多岩石材料疲劳损伤理论、计算模型及裂纹扩展机理等成果。周尚志等[8

―9]

通过岩

石类材料疲劳断裂破坏的数值分析,将裂纹萌生与裂纹扩展两个独立的过程纳入一个统一的理论体系;并通过有限元方法建立3种几何条件的岩石裂纹模型,提出在压缩荷载作用下的裂纹扩展能力是有限的、稳定的。Moelle 等[10]的研究表明:各向异性沉积岩的疲劳裂纹的扩展并无明显特征。但到目前为止,尚未查阅到考虑多裂纹相互作用的岩石材

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