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基于黏聚裂纹模型的煤岩体韧性断裂机制研究 被引量：9
1
作者 杨健锋 柴敬 +2 位作者 张丁丁 马哲 刘永亮 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S02期3014-3023,共10页
传统线弹性断裂理论已不再适用于表征煤岩体韧性断裂特征,为了描述煤岩体Ⅰ/Ⅱ混合型裂纹扩展行为,通过Ⅰ型半圆盘三点弯曲(SCB)实验和贯穿剪切(PTS)实验,构建基于PPR势能函数的泥岩及煤Ⅰ/Ⅱ混合型黏聚裂纹模型。实验结果表明:煤SCB试... 传统线弹性断裂理论已不再适用于表征煤岩体韧性断裂特征,为了描述煤岩体Ⅰ/Ⅱ混合型裂纹扩展行为,通过Ⅰ型半圆盘三点弯曲(SCB)实验和贯穿剪切(PTS)实验,构建基于PPR势能函数的泥岩及煤Ⅰ/Ⅱ混合型黏聚裂纹模型。实验结果表明:煤SCB试件峰值载荷后非线性损伤过程中,裂纹尖端张开位移(CTOD)增加量是泥岩试件的3.48倍;同时,通过数字图像相关方法(DIC),测定煤岩试件中断裂过程区(FPZ)长度,其中煤试件的FPZ长度约为6.21mm,是泥岩试件的2.75倍,这直接导致煤试件的韧性断裂破坏特征表现得更为显著。煤岩贯穿剪切(PTS)实验中,煤PTS试件的最大切向位移为0.055 mm,远大于泥岩试件的最大切向位移,表明煤PTS试件Ⅱ型韧性断裂特征明显高于泥岩试件:此外,两类煤岩试件Ⅱ型断裂能高于其Ⅰ型断裂能,这说明发生Ⅱ型剪切断裂需要消耗更多的能量。最后,进行煤岩体Ⅰ/Ⅱ混合型单边缺口梁(SENB)三点弯曲实验及与其相对应的数值模拟研究,数值模拟过程分别基于所建立的PPR黏聚裂纹模型和线弹性断裂理论。通过以上对比可知,相较于线弹性,断裂理论,基于所建立的PPR黏聚裂纹模型的数值模拟结果更加符合实验结果,验证了所建立的PPRⅠ/Ⅱ混合型黏聚裂纹模型适合用于表征煤岩体Ⅰ/Ⅱ混合型韧性断裂行为。 展开更多
关键词 岩石力学:黏聚裂纹模型 断裂过程区 贯穿剪切实验 韧性断裂 Ⅰ/Ⅱ混合型裂纹扩展
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