D0I:10.13374/j.issnl001-053x.1995.02.003 第17卷第2期 北京科技大学学报 Vol.17 No.2 1995年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.1995 岩石宏观裂纹分叉的加载率效应 张宗贤俞洁 北京科技大学矿业研究所，北京I00083 摘要利用扫描电镜和光学显微镜，对静态和冲击（应力波）加载条件下断裂的辉长岩试 件进行了剖面观察与分析，结果发现，静态加载时断裂面的剖面上几乎看不到宏观裂纹分叉现 象：但在动态加载时，普遍发现剖面上有宏观裂纹分叉现象·随着加载率提高，分叉裂纹 数量及其总长度也随之增加，基于以上实验结果，初步讨论了岩石动态断裂机理， 关键词辉长岩，冲击断裂，岩石破坏机理，岩石+裂纹，动态十断裂/动态断裂 中图分类号TD313.3,TD315.1 Effect of Loading Rates on Macro-Crack Bifurcation of Rock' Zhang Zongxian Yu Jie Mining Research Institute,USTB.Beijing 100083,PRC ABSTRACT The longitudinal sections of the fractured surfaces of the gabbro speci- mens failured by static or dynamic load are observed and analysed with SEM and optical microscope.The results show that macro-crack bifurcation is hardly found on any section for static loading,but obvious macro-crack bifurcations are found for dy- namic loading.And it shows that the number and the total length of the bifuraction cracks for a specimen increase with (dynamic)loading rates.Based on the experimental results,finally,the dynamic fracture mechanism of rock is discussed. KEY WORDS gabbro,impact fracture,failure mechanism of rock,rack fracture, kinetic state fracture dynamic fracture 研究表明，裂纹分叉是材料受载过程中常见的1种非稳定现象，岩石类脆性材料 更易发生分叉现象；裂纹分叉与断口形态和断裂表面的粗糙度紧密相关，裂纹分叉明显 增大材料断口的不规则性，Smith)从理论上研究了宏观裂纹分叉的非规则性对脆性材 料断裂韧度的影响，结果发现分叉使断裂韧度值增加·谢和平等应用分形几何建立了 裂纹分叉的分形模型，从几何角度研究了裂纹分叉使断裂韧度提高的物理力学现象· Sith和谢和平等研究的结果都表明，宏观裂纹分叉使断裂韧度提高， 在工程实际中，岩石材料往往是在不同加载率特别是在较高加载率下破裂的·因 1994-01-25收稿第一作者男35岁副教授 ◆中国和奥地利因际合作项目：国家科委资助项目第 1 卷 第 期 72 1 年 月 9 9 4 5 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f i n U e v d S s f r t i o y e e c n a d n T e h c n o B f g o y e i j g i n V o l . 1 7 N o . 2 A P r . 1 9 9 5 岩石宏观裂纹分叉 的加载率效应 ’ 张 宗贤 俞 洁 北 京科技大学矿业 研究所 , 北京 1以洲)8 3 摘要 利 用 扫 描 电 镜 和 光 学 显微 镜 , 对静 态和 冲 击 (应 力 波 ) 加 载 条 件 下 断 裂 的 辉 长 岩 试 件进 行 了 剖 面 观 察 与 分 析 . 结 果发 现 , 静态 加载时断裂面 的剖 面上几 乎看 不到宏观裂纹分叉现 象 ; 但在 动 态加 载 时 , 普遍 发现 剖面 上 有宏 观裂 纹 分 叉 现 象 . 随 着 加 载 率 提 高 , 分 叉 裂 纹 数量 及其 总 长度 也 随之 增 加 . 基 于 以上 实验 结果 , 初步 讨论 了 岩 石 动态 断裂 机理 . 关键 词 辉长 岩 , 冲击 断 裂 , 岩石 破坏机 理 , 岩 石 十 裂 纹 , 动 态 + 断 裂 / 动 态 断裂 中 图分 类号 T D 3 1 3 . 3 , T D 3 1 5 . l E fe e t o f L o a d i n g R a t e s o n M a￡ r o 一 C r a c k B ifu r c a t i o n o f R o c k ’ Z h a 月9 Z o n g 义 i a n Y u J i e M i n i n g R e s e a r e h I n s t l t u t e , U S T B , B e ij i n g 10 00 8 3 , P R C A B S T R A C T T h e l o n g it u d i n a l s e e t i o n s o f t h e fr a e t u r e d s u r fa e s o f t h e g a b b r o s P e c i - m e n s fa il u r e d b y s t a t i e o r d y n a m i c l o a d a r e o b s e r v e d a n d a n a l y s e d w it h S E M a n d o P t i c a l m i e r o s c o P e . T h e r e s u lt s s h o w t h a t m a c r o 一 c r a c k b ifu r e a t i o n 1 5 h a r d l y fo u n d o n a n y s e c t i o n fo r s t a t i e l o a d i n g , b u t o b v i o u s m a c r o 一 c r a c k b ifu r e a t i o n s a r e fo u n d fo r d y - n a而 c l o a d i n g . A n d i t s h o w s t h a t t h e n u m b e r a n d t h e t o t a l l e n g t h o f t h e b ifu r a e t i o n e r a e k s fo r a s Pe c im e n i n c r e a s e w it h ( d y n a m i e ) l o a d i n g r a t e s . B a s e d o n t h e e x P e r ime n t a l r e s u lt s , if n a ll y , t h e d y n a m i c fr a e t u r e m e c h a n i s m o f r o c k 1 5 d i s c u s s e d . K E Y w 0 R n S g a b b r o , im p a c t fr a e t u r e , af il u r e m e c h a n i s m o f r o e k , r a c k + fr a c t u r e , k i n e t i e s t a t e + fr a c t u r e / d y n a m i c fr a c t u r e 研究 表 明 ! ’ ! , 裂 纹 分 叉 是 材 料 受 载 过 程 中 常见 的 1 种 非 稳 定 现 象 , 岩 石 类 脆 性 材 料 更 易 发 生分 叉 现 象 ; 裂 纹 分 叉 与 断 口 形 态 和 断 裂表 面 的 粗 糙 度 紧 密 相 关 , 裂 纹 分 叉 明 显 增 大 材料 断 口 的 不 规则 性 . S m iht ! 2 } 从理 论 上 研 究 了宏 观 裂 纹 分 叉 的非 规 则 性 对脆 性 材 料 断裂韧 度 的 影 响 , 结 果 发 现 分 叉 使 断 裂 韧 度 值 增 加 . 谢和 平 等 川 应 用 分 形 几 何建 立 了 裂 纹 分 叉 的 分 形 模 型 , 从 几 何 角 度 研 究 了 裂 纹 分 叉 使 断 裂 韧 度 提 高 的 物 理 力 学 现 象 . S 而ht 和 谢和 平 等 研 究 的 结 果 都 表 明 , 宏 观 裂 纹 分 叉 使 断裂 韧 度提 高 . 在 工 程 实 际 中 , 岩 石 材 料 往 往 是 在 不 同加 载 率 特 别 是 在 较 高 加 载 率 下 破 裂 的 . 因 19 9 4 一 0 1 一 2 5 收 稿 第 一 作 者 男 35 岁 副 教授 中国 和 奥地 利 国 际 合 作项 目 ; 国 家 科委 资助 项 目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1995. 02. 003