含单裂纹真实岩石试件断裂模式的力学试验研究

摘要

为研究岩石单裂纹试样断裂特性,通过在真实岩石试样中预制了45°单裂纹,基于MTS815.03电液伺服岩石试验机,进行围压分别为0,5,10 MPa的力学试验,分析围压对裂纹扩展断裂模式的影响规律,根据断裂力学理论建立裂纹扩展力学模型,基于最大径向剪应力准则获得次生裂纹理论起裂角。结果表明:(1)裂纹初始断裂时具有明显的前兆信息,在全应力–应变曲线上表现为明显的应力降现象;(2)试验结果中观察到了Ⅰ型翼裂纹、Ⅱ型反翼裂纹以及Ⅱ型次生共面裂纹,试验中得翼裂纹起裂角为68°~73°,反翼倾斜裂纹起裂角为-119°^-125°,裂纹起裂角理论结果为0°,70.5°,-123.8°,试验结果与理论计算结果基本相符;(3)起裂应力为峰值应力的90%~95%,细砂岩试样抗压强度峰值与围压存在较好的线性关系,拟合得σ_c=2.69σ_3+61.9,相关系数R^2=0.97;(4)裂纹断裂具有明显的围压效应,围压为0 MPa时,断裂模式为翼裂纹和次生倾斜反翼裂纹,翼裂纹以弯曲路径扩展,扩展渐近线朝向轴向加载方向,反翼裂纹近直线扩展;围压为5 MPa时,试样为反翼裂纹断裂模式;围压为10 MPa时,试样为反翼裂纹与次生共面裂纹断裂模式。