·1002· 工程科学学报，第41卷，第8期 合、重叠的宏观拉伸破坏裂纹.虽然试样1和试样2 样1在整个过程破坏中产生的初始裂纹和次裂纹较 的孔隙率较低且孔隙分布稀疏，但是两个试样的产 少，裂纹主要出现在与孔隙边界相切位置或者穿过 生拉伸裂纹的位置不同一试样1拉伸裂纹集中在 孔隙.通过图7(d)与图6可看出裂纹主要集中在 上部而试样2拉伸裂纹则集中在下部：产生这种现 试样1的上半部分.产生这种破坏现象的主要原因 象的原因是试样中孔隙分布位置不同，在加载过程 是：如图7(e)试样内部切片图所示，在试样1的上 中形成初始裂纹的位置也不同，从而形成不同位置 半部分孔隙含量较多且发育密度较大，因此在试样 的宏观拉伸破坏裂纹.由于试样5的孔隙分布呈 破坏过程中在该位置产生较多初始裂纹，然后逐渐 “线状”分布，因此在试样上、中、下部均产生拉伸破 形成宏观破坏.上述研究结果进一步说明孔隙含量 坏裂纹.直接拉伸试验中裂纹会首先出现在试样中 和位置对拉伸裂纹的产生位置及试样的最终破坏形 最薄弱的区域，孔隙含量和位置对直接拉伸试验裂 态具有重要影响. 纹形态和初始破坏位置产生影响，最终导致不同的 图8为不同试样裂纹扩展图和单元损伤图.从 宏观拉伸破坏形态 图8中可看出，由于试样2孔隙含量较小且孔隙联 3.2渐进式破坏过程分析 通性较差，因此在试样2破坏过程中产生的初始裂 数值模拟方法可以直观地展示裂纹起裂、扩展、 纹和次裂纹较少.但是由于试样2底部位置存在两 贯通直至试样破坏的完整过程.图7为试样1的裂 个尺寸相对较大的孔隙，因此拉伸裂纹首先产生于 纹扩展图，其中白色区域代表岩石内的孔隙结构. 标记孔隙处（蓝色椭圆位置），然后随着加载量的不 通过图7(b)可知，首先在孔隙处产生多条初始裂 断增加拉伸裂纹逐渐沿着横向扩展，最终在试样下 纹，随着荷载的增加，初始裂纹逐渐沿横向扩展形成 部形成相互啮合、重叠的横向裂纹.由试样3的裂 多条拉伸裂纹，尽管没有形成贯通横穿整个试样的 纹扩展图可知，由于试样3的孔隙含量较高，因此试 宏观裂纹，但拉伸裂纹在空间上相互啮合重叠.试 样3在加载初期形成了多条初始裂纹.同时试样3 Z方向位移mm Z方向位移mm Z方向位移mm -1.607×102 -2.670x10-2 -2.005×103 -1.422×10-2 -2.353x102 -1.782x10-3 -1.236×102 -2.035×102 -1.558×103 -1.051×102 -1.718×102 -1.335×103 -1.111×103 -8.650x10-3 -1.401×10- -8.876×10 -6.795×10-3 -1.083x10-2 6.641×104 4.940x103 -7.660x10- -4.406×10 -3.084×10- 4.487×10- -2.171×10 -1.229x10 -1.314×103 6.389×106 6.221×10 1.860x10 Z方向位移mm 5.285x10F -4.404×10-2 3.682×10-2 -2.881×10-2 2080x102 -1.278×10-2 4770x10-3 3.244×10- L,126x10-2 1.927×10-2 (e) 图7试样1裂纹扩展图.(a)Stcp=1;(b)Step=8-(7):(c)Stcp=8-(15):(d)Stcp=15;(e)内部切片图 Fig.7 Crack propagation process in sample 1:(a)Step =1;(b)Step =8-(7);(e)Step =8-(15);(d)Step 15;(e)internal slice fig- ure工程科学学报,第 41 卷,第 8 期 合、重叠的宏观拉伸破坏裂纹. 虽然试样 1 和试样 2 的孔隙率较低且孔隙分布稀疏,但是两个试样的产 生拉伸裂纹的位置不同———试样 1 拉伸裂纹集中在 上部而试样 2 拉伸裂纹则集中在下部;产生这种现 象的原因是试样中孔隙分布位置不同,在加载过程 中形成初始裂纹的位置也不同,从而形成不同位置 的宏观拉伸破坏裂纹. 由于试样 5 的孔隙分布呈 “线状冶分布,因此在试样上、中、下部均产生拉伸破 坏裂纹. 直接拉伸试验中裂纹会首先出现在试样中 最薄弱的区域,孔隙含量和位置对直接拉伸试验裂 纹形态和初始破坏位置产生影响,最终导致不同的 宏观拉伸破坏形态. 图 7 试样 1 裂纹扩展图. (a) Step = 1; (b) Step = 8鄄鄄 (7); (c) Step = 8鄄鄄 (15); (d) Step = 15; (e) 内部切片图 Fig. 7 Crack propagation process in sample 1: (a) Step = 1; (b) Step = 8鄄鄄(7) ; (c) Step = 8鄄鄄(15); (d) Step = 15; (e) internal slice fig鄄 ure 3郾 2 渐进式破坏过程分析 数值模拟方法可以直观地展示裂纹起裂、扩展、 贯通直至试样破坏的完整过程. 图 7 为试样 1 的裂 纹扩展图,其中白色区域代表岩石内的孔隙结构. 通过图 7( b) 可知,首先在孔隙处产生多条初始裂 纹,随着荷载的增加,初始裂纹逐渐沿横向扩展形成 多条拉伸裂纹,尽管没有形成贯通横穿整个试样的 宏观裂纹,但拉伸裂纹在空间上相互啮合重叠. 试 样 1 在整个过程破坏中产生的初始裂纹和次裂纹较 少,裂纹主要出现在与孔隙边界相切位置或者穿过 孔隙. 通过图 7( d)与图 6 可看出裂纹主要集中在 试样 1 的上半部分. 产生这种破坏现象的主要原因 是:如图 7(e)试样内部切片图所示,在试样 1 的上 半部分孔隙含量较多且发育密度较大,因此在试样 破坏过程中在该位置产生较多初始裂纹,然后逐渐 形成宏观破坏. 上述研究结果进一步说明孔隙含量 和位置对拉伸裂纹的产生位置及试样的最终破坏形 态具有重要影响. 图 8 为不同试样裂纹扩展图和单元损伤图. 从 图 8 中可看出,由于试样 2 孔隙含量较小且孔隙联 通性较差,因此在试样 2 破坏过程中产生的初始裂 纹和次裂纹较少. 但是由于试样 2 底部位置存在两 个尺寸相对较大的孔隙,因此拉伸裂纹首先产生于 标记孔隙处(蓝色椭圆位置),然后随着加载量的不 断增加拉伸裂纹逐渐沿着横向扩展,最终在试样下 部形成相互啮合、重叠的横向裂纹. 由试样 3 的裂 纹扩展图可知,由于试样 3 的孔隙含量较高,因此试 样 3 在加载初期形成了多条初始裂纹. 同时试样 3 ·1002·