Vol.17 No.2 张宗贤等：岩石宏观裂纹分叉的加载率效应 .115, B D E 图3裂纹分叉模型 图4裂纹分叉模型 对于图4的裂纹分叉模型亦有类似结果，即Kc和K:均小于K:如果欲使分叉裂 纹在C、E处分别或一起扩展，必须附加它们在其裂尖处的应力强度·即类似地，分叉 使断裂韧度增大了， 由图2可见，岩石断裂时的裂纹分叉形式很接近于图3和图4的分叉模型.因此， 式(1)、(2)适用于岩石断裂时的分叉现象， 根据以上分析知，裂纹分叉使得岩石断裂韧度增加，而裂纹分叉是岩石受高速加载 (应力波加载)时的普遍表现·因此，与没有产生裂纹分叉现象的情况相比，裂纹分叉 的出现既增大了岩石的断裂韧度，又反映了岩石断裂时所经受的加载率较高·这与实验 观察结果一致· 3岩石动态断裂机理分析 与静态断裂相比，在动态（冲击）加载时由于加载速率高，主裂纹尖端附近应力集 中速度快，且由于岩石传热导热能力差，因此，在裂尖附近很快形成一个绝热区.该区 内应力、能量高度集中，从而使其中一些原始缺陷（微裂纹等）激活并演化、扩展，随 着载荷的继续增加，少数微裂纹合并成宏观裂纹（分叉）·加载率越高，这种现象越严 重，因而裂纹分叉越明显，裂纹分叉要消耗能量·由于分叉使主裂纹尖端的应力和能量 集中程度降低，因此主裂纹扩展难度增加，即断裂韧度提高· 4结论 宏观裂纹分叉是动态断裂的典型特征，即在动态断裂时普遍存在宏观裂纹的分叉现 象，而在静态断裂时儿乎看不到这种现象·同时还发现，加载率越高，宏观裂纹分叉的 数量及其度长度也随之增大· 致谢：本工作属于中国奥地利国际合作研究项目A1门，受国家科委与冶金部科技司资助.有关实 验是在北京科技大学新金属材料国家重点实验室完成的， 参考文献 1谢和平，陈至达，岩石类材料裂纹分叉非规则性几何的分形效应.力学学报，1989,21(5)：613~618 (下转142页)丫b l . 1 7 N b . 2 张宗 贤等 : 岩 石宏 观 裂纹 分叉 的 加 载 率效 应 图 3 裂纹 分叉模 型 图 4 裂 纹分 叉模 型 对 于 图 4 的裂 纹 分 叉 模 型 亦有 类 似 结 果 , 即 K C 和 K E 均 小 于 K A . 如 果 欲 使分 叉 裂 纹 在 C 、 E 处分别 或 一 起 扩 展 , 必 须 附加 它 们 在 其裂 尖 处 的 应力 强 度 . 即类 似 地 , 分叉 使 断裂 韧 度 增 大 了 . 由图 2 可 见 , 岩 石 断 裂 时 的裂 纹 分 叉 形 式 很 接 近 于 图 3 和 图 4 的 分 叉 模 型 . 因 此 , 式 ( 1 ) 、 ( 2) 适 用 于 岩 石 断裂 时 的分 叉 现 象 . 根 据以 上 分析 知 , 裂 纹分 叉 使得 岩 石 断 裂 韧 度 增 加 , 而 裂 纹分 叉 是 岩 石 受 高 速 加 载 (应 力 波 加 载 ) 时 的 普遍 表 现 . 因此 , 与 没有 产 生 裂 纹 分 叉 现 象 的 情 况 相 比 , 裂 纹 分 叉 的 出 现 既 增 大 了岩 石 的 断裂 韧 度 , 又 反 映 了岩 石 断裂 时所 经 受 的加 载 率较 高 . 这 与 实 验 观 察结果 一 致 . 3 岩石 动态 断 裂机理 分析 与静态 断裂 相 比 , 在 动 态 ( 冲 击 ) 加 载 时 由于 加 载 速 率 高 , 主 裂 纹 尖 端 附 近 应 力 集 中速 度 快 , 且 由于 岩 石 传 热 导热 能 力 差 , 因此 , 在 裂 尖 附 近 很 快 形 成 一 个 绝 热 区 . 该 区 内应 力 、 能 量 高 度 集 中 , 从而 使 其 中一 些 原 始 缺 陷 (微裂 纹 等 ) 激 活并 演 化 、 扩 展 , 随 着 载 荷 的继 续 增 加 , 少 数 微 裂 纹 合并 成 宏 观裂 纹 (分 叉 ) . 加 载 率 越 高 , 这 种 现 象越 严 重 , 因而 裂 纹 分 叉 越 明显 . 裂 纹 分 叉 要 消 耗 能 量 . 由于 分叉 使 主 裂 纹尖 端 的 应 力 和 能 量 集 中程 度 降低 , 因此 主 裂 纹 扩 展 难 度 增 加 , 即 断 裂 韧 度 提 高 . 4 结 论 宏 观 裂 纹 分 叉 是 动 态 断 裂 的典 型 特 征 . 即在 动 态 断 裂 时普 遍 存在 宏 观 裂 纹 的 分叉 现 象 , 而 在 静 态 断 裂 时 几 乎 看 不 到 这 种 现 象 . 同 时 还 发 现 , 加 载 率 越 高 , 宏 观裂 纹 分 叉 的 数 量 及 其度 长 度 也 随 之 增 大 . 致谢 : 本工作 属于 中国 奥 地利 国 际 合 作研 究 项 目 A 17 , 受 国 家 科委 与 冶金 部 科 技 司 资 助 . 有 关 实 验 是在 北京科 技大 学新 金 属材料 国 家重 点实验 室 完成 的 . 参 考 文 献 谢和 平 , 陈至 达 . 岩石类材 料裂纹分叉非规则性几何 的分形效应 . 力学学报 , 19 89 , 2 1(:5) (下 转 6 1 3 一 6 1 8 1 4 2 页 )