·46· 工程科学学报，第41卷，第1期 so0ia) 140 00间 7140 700 一振铃计数 一轴向应力 120 700 一振铃计数 轴向应力 120 600 100 600 装500 500 % 电 400 80 60 300 200 40 200 % 100 20 100 汽 wnwah.dle cnworw mmwhwwhi 50101502025030035040458 50100150200250300350 468 时间/s 时间/s 图4应力-时间-振铃计数关系图.(a)完整试样：()圆孔试样 Fig.4 Relationship between stress,time and ringing counts:(a)intact samples;(b)samples with circular hole 的增加，初始裂隙产生于试样端部，并分别从两端 向中心扩展延伸，直至裂隙贯通形成断裂面.破坏 2-血号2）- V2Tr 模式如图5所示，完整试样与含圆孔试样单轴压 0.30 缩状态下最终破坏模式均表现为压剪破坏.圆孔 √/2Tr 2(2+cos 2cos2 对裂隙的产生与扩展同样没有影响.因此，裂隙岩 样可以通过水刀穿孔和线切割的方式完成并进而 ,= s号(+snm2）+ √27 研究裂隙岩石单轴压缩状态下的强度特征和破裂 模式 √2Tr 2cos 2 cos 2 √2Tr 2 cos 2 cos 2 k号(-smm2) 0.30 V2T 7=-in √2Tr 2 (a) 3 (c) 砂 -cos √2T 2 图5完整试样与含圆孔试样破裂模式.(a)-1:(b)-2:(c) K-l:(d)K-2 g.=2u (KI 2 一（平面 Fig.5 Failure patterns of complete and round-hole samples:(a)I- √2 2Tr 1:(b)1-2:(c)K-1:(d)K2 应变) (2) 3 基于最大畸变能准则的单轴压缩试件裂 式中：0为起裂裂纹与预制裂隙的夹角；r为距裂隙 纹起裂分析 端部的距离；K,,K,,K■为I,Ⅱ，Ⅲ类裂纹的强度 以畸变能理论为基础，认为畸变能是引起材料 因子：v为泊松比. 将应力分量公式(2)代入式(1)中，以I、Ⅱ和 屈服破坏的主要因素，单轴压缩状态，构件内一点处 Ⅲ型应力强度因子表示畸变能W。: 的畸变能达到单向应力状态下的极限值，材料发生 屈服破坏.将广义胡可定律代入克拉贝龙公式可得 Wo=16m(cnk+2enkK+eaki+ek) 到畸变能[45~46] (3) 3[(c++-0,-aa,-a,a+ 式中：c11=(p+1)+pcos0-cos0;c12=sin20- osin 0;cz=(+4)-pcos 0-3sin20;C33 =4;= 3(++)] (1) 2(1-2v)2/3(平面应变). 式中：0x,0,0:,Ty,Te,Ta为裂隙端部的应力分量； 设$为畸变能密度因子，则 E为弹性模量；业为剪切模量：W。为畸变能. I-Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹尖端的应力分量4)： s=6威+2K人+a+e)()）工程科学学报,第 41 卷,第 1 期 图 4 应力鄄鄄时间鄄鄄振铃计数关系图. (a) 完整试样; (b) 圆孔试样 Fig. 4 Relationship between stress, time and ringing counts: (a) intact samples; (b) samples with circular hole 的增加,初始裂隙产生于试样端部,并分别从两端 向中心扩展延伸,直至裂隙贯通形成断裂面. 破坏 模式如图 5 所示,完整试样与含圆孔试样单轴压 缩状态下最终破坏模式均表现为压剪破坏. 圆孔 对裂隙的产生与扩展同样没有影响. 因此,裂隙岩 样可以通过水刀穿孔和线切割的方式完成并进而 研究裂隙岩石单轴压缩状态下的强度特征和破裂 模式. 图 5 完整试样与含圆孔试样破裂模式. ( a) I鄄1; ( b) I鄄2; ( c) K鄄1; (d) K鄄2 Fig. 5 Failure patterns of complete and round鄄hole samples: (a) I鄄 1; (b) I鄄2; (c) K鄄1; (d) K鄄2 3 基于最大畸变能准则的单轴压缩试件裂 纹起裂分析 以畸变能理论为基础,认为畸变能是引起材料 屈服破坏的主要因素,单轴压缩状态,构件内一点处 的畸变能达到单向应力状态下的极限值,材料发生 屈服破坏. 将广义胡可定律代入克拉贝龙公式可得 到畸变能[45鄄鄄46] : WD = 1 + 滋 3E [(滓 2 x + 滓 2 y + 滓 2 z - 滓x滓y - 滓z滓y - 滓x滓z) + 3(子 2 xy + 子 2 yz + 子 2 zx)] (1) 式中:滓x,滓y,滓z,子xy,子yz,子zx为裂隙端部的应力分量; E 为弹性模量;滋 为剪切模量;WD 为畸变能. 玉鄄域鄄芋复合型裂纹尖端的应力分量[47] : 滓x = K玉 2仔r cos 兹 ( 2 1 - sin 兹 2 sin 3兹 ) 2 - K域 2仔r sin 兹 ( 2 2 + cos 兹 2 cos 3兹 ) 2 滓y = K玉 2仔r cos 兹 ( 2 1 + sin 兹 2 sin 3兹 ) 2 + K域 2仔r sin 兹 2 cos 兹 2 cos 3兹 2 子xy = K玉 2仔r sin 兹 2 cos 兹 2 cos 3兹 2 + K域 2仔r cos 兹 ( 2 1 - sin 兹 2 sin 3兹 ) 2 子xz = - K芋 2仔r sin 兹 2 子yz = - K芋 2仔r cos 兹 2 滓z = 2自 ( K玉 2仔r cos 兹 2 - K域 2仔r sin 兹 ) 2 ———(平面 应变 ì î í ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ï ) (2) 式中:兹 为起裂裂纹与预制裂隙的夹角;r 为距裂隙 端部的距离;K玉,K域,K芋为玉, 域, 芋类裂纹的强度 因子;自 为泊松比. 将应力分量公式(2)代入式(1)中,以玉、域和 芋型应力强度因子表示畸变能 WD: WD = 1 16仔滋r (c11K 2 玉 + 2c12K玉K域 + c22K 2 域 + c33K 2 芋) (3) 式中:c11 = ( 渍 + 1) + 渍cos 兹 - cos 2 兹;c12 = sin 2兹 - 渍sin 兹;c22 = (渍 + 4) - 渍cos 兹 - 3sin 2 兹;c33 = 4;渍 = 2(1 - 2自) 2 / 3(平面应变). 设 S 为畸变能密度因子,则 S = 1 16仔滋 (c11K 2 玉 + 2c12K玉K域 + c22K 2 域 + c33K 2 芋) (4) ·46·