Vol.17 No.2 张宗贤等：岩石宏规裂纹分叉的加载率效应 .113 此，在了解裂纹分叉与断裂韧度关系的基础上进一步探讨裂纹分叉与加载率的关系，对 于仅仅通过断裂破坏后岩石材料或结构物的裂纹分叉现象的考察来了解岩石或结构物的 受载条件及破坏原因，特别是对于探讨岩石动态断裂机理，以便提高工程中岩石破碎的 效率和效益，都有积极意义· 1不同加载率条件下岩石的宏观裂纹分叉 为了考察宏观裂纹分叉与加载率的关系，选用经过静态和动态加载（加载率 K=10~l~10MPa·m2/s)断裂后的辉长岩短圆柱棒试件作为研究对象·静态断裂和动 态断裂试验分别是在MTS810材料试验机和霍普金森冲击试验装置上进行的，见文献[3]. 首先，将断裂后的岩石试件沿垂直于断 裂面（断口）的平面切开，见图1所示，然 后对切开的剖面进行磨平和抛光·为了防止 断裂面及其附近的岩石材料在试件加工过程 受到损伤而引起断裂面形貌变化，在试件切 裂尖 开之前先用914胶在断裂面上粘一块胶木板 以保护断裂面，试件加工好后，在扫描电镜 和光学显微镜上观察剖面上的宏观裂纹分叉 情况，并对宏观裂纹的数量和长度进行了近 似测量（测量范围为整个试件的剖面）·实 验观察结果普遍发现，静态断裂的辉长岩试 裂尖 件剖面上基本上看不到大于1~2mm长的 宏观裂纹分叉现象（如图2a),但动态断 裂的辉长岩试件剖面上都发现有大的宏观裂 图1岩石短棒试件及其剖面 纹分叉（如图2b一图2d).而且在动态断裂的情况下，对于大多数试件而言，加载率 越高，分叉裂纹的数量和总长度都随之增加，见表1.此外还发现，动态断裂的试件的 裂纹尖端附近基本上都有分叉裂纹出现，并且其与断裂面的夹角较大，见图2所示， 表1宏观裂纹分叉的数量与总长度 试件号加载率/MPa·m2s断裂韧度/MPa·m2 宏观裂纹分叉数量分叉裂纹总长度/mm C04 1.66×100 3.33 0 0 No.12 1.88×105 7.90 1 2.0 No.07 2.17×105 11.29 1 7.5 No.23 1.06×10 24.41 2 11.5 No.24 8.61×103 23.23 3 13.9 No.35 1.25×106 32.64 3 18.9 在光学显微镜下观察到与图2类似的情况，并且对断裂面附近的宏观裂纹和微观裂 纹所占面积进行了测量，发现单位测量面积内两种裂纹所占面积的百分比随加载率增加Vo l . 17 No . 2 张宗 贤等 : 岩 石 宏观 裂纹 分 叉 的加载 率 效应 · 1 1 .3 此 , 在 了解 裂 纹 分 叉 与 断裂 韧 度 关 系 的基 础 上 进 一 步 探 讨 裂 纹 分叉 与加 载 率 的 关 系 , 对 于 仅仅 通 过 断 裂 破 坏 后 岩 石材 料 或结 构 物 的 裂 纹 分叉 现 象 的 考 察来 了解 岩 石 或 结 构 物 的 受 载条 件 及 破 坏 原 因 , 特 别 是 对 于探 讨岩 石 动 态断 裂 机 理 , 以 便提 高 工 程 中 岩 石 破 碎 的 效率 和效 益 , 都 有 积 极 意 义 . 1 不 同 加 载率条件 下岩石 的宏 观裂 纹 分 叉 为 了 考 察宏 观 裂 纹 分 叉 与 加 载 率 的 关 系 , 选 用 经 过 静 态 和 动 态 加 载 ( 加 载 率 K = 1 0 一 ’ 一 1 0 ` M P a · m , 2/ / s) 断裂 后 的辉 长岩 短 圆柱棒 试 件作 为研究 对象 . 静态断裂和动 态 断裂 试 验分别 是 在 M T S 8 10 材料 试验 机 和霍 普金 森冲 击试验装置上 进行的 , 见文献 【3] . 首先 , 将 断 裂后 的 岩 石 试 件 沿 垂 直 于 断 裂 面 (断 口 ) 的平 面切 开 , 见 图 1 所 示 , 然 后 对 切 开 的 剖 面进 行磨 平 和 抛 光 . 为 了 防 止 断 裂 面 及 其 附 近 的 岩 石 材 料 在 试 件 加 工 过 程 受 到 损 伤而 引起 断 裂 面 形 貌 变 化 , 在 试 件 切 开 之 前 先 用 9 14 胶 在 断 裂 面上 粘 一 块 胶 木 板 以 保护 断裂 面 . 试 件 加 工 好 后 , 在 扫 描 电 镜 和 光 学 显微 镜 上 观 察 剖 面 上 的 宏 观 裂 纹 分 叉 情 况 , 并 对宏 观 裂 纹 的 数 量 和 长 度 进 行 了 近 似 测 量 (测 量 范 围 为 整 个 试 件 的 剖 面 ) . 实 验 观 察结 果 普遍 发 现 , 静 态 断 裂 的 辉 长 岩 试 件 剖 面 上 基 本 上 看 不 到 大 于 1 一 Z r n r n 长 的 宏 观 裂 纹 分叉 现 象 ( 如 图 Z a) , 但 动 态 断 裂 的 辉 长 岩 试 件 剖 面 上 都 发 现 有 大 的宏 观 裂 \ \ \ / / \ / / 裂尖 l / / / / / / / / / 川 . . . - . ~ 二 月 J 、 J . , 、 . J、 几 里 一 _ l 图 1 纹分 叉 ( 如 图 Z b 一 图 Z d) . 而且 在 动态 断 裂 的 情 况 下 , 岩 石 短棒 试件 及 其剖 面 对 于 大 多 数 试 件 而 言 , 加 载 率 越 高 , 分 叉 裂 纹 的 数 量 和 总 长 度 都 随之 增 加 , 见 表 1 . 此 外 还 发 现 , 动 态 断 裂 的 试 件 的 裂 纹 尖 端 附 近 基 本 上 都 有 分 叉 裂 纹 出现 , 并 且 其与 断 裂 面 的夹 角 较 大 , 见 图 2 所 示 . 表 1 宏 观裂 纹分 叉 的数 t 与总 长 度 试 件号 加 载率 / M P a · m ” s 一 ’ 断 裂 韧 度 / M P .a m , ” 宏观 裂 纹分 叉 数量 分 叉裂 纹总 长 度 /~ C 04 1 . 6 6 x 1 0 0 3 . 3 3 0 0 N o . 12 l . 88 x l 0 5 7 . 90 1 2刀 N o . 0 7 2 . 1 7 x l 0 5 1 1 . 2 9 1 7 . 5 N o . 2 3 1 , 0 6 x 10 6 2 4 4 1 2 1 1 . 5 N o . 24 8 . 6 1 x 10 5 2 3 . 2 3 3 13 . 9 N o . 35 l . 2 5 x l 0 6 32 . 6 4 3 18 月 在光 学 显 微 镜 下 观 察 到 与 图 2 类 似 的 情 况 , 并 且 对 断 裂 面 附 近 的宏 观 裂 纹 和 微 观 裂 纹 所 占面积 进 行 了 测 量 , 发 现单 位 测 量 面 积 内两 种 裂 纹 所 占面 积 的 百 分 比 随加 载 率 增 加