灰岩平板试件变形破坏过程的实验观测研究

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1、第23卷第10期岩石力学与工程学报23(10)：1608～16152004年5月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringMay，2004*灰岩平板试件变形破坏过程的实验观测研究赵永红梁晓峰(北京大学地球物理学系计算地球动力学重点实验室北京100871)摘要利用扫描电镜实时观测系统，研究了带预制割缝灰岩平板试件受单轴压缩时微裂纹的萌生、扩展和连通过程。实验所用灰岩平板试件尺寸为25mm×13mm×1.1mm，试件中心预制一直径为3.0mm的圆孔或一长轴与外载方向成不同角度(30°，45°

2、或60°)的割缝，割缝长约6mm，宽约1mm。在扫描电镜的观察下，灰岩试样受到准静态单轴压缩。用照相的方法记录了试件受力产生变形和微裂纹扩展过程中的表面图像。将实验观测的微裂纹扩展结果与大理岩和砂岩中的裂纹扩展过程进行对比，发现次生裂纹的萌生部位与大理岩和砂岩中比较一致，但灰岩中的裂纹发育较单一。用NOLM程序中的低抗拉应变软化本构模型对实验结果进行了有限元模拟计算，将计算结果与实验观测结果进行对比，两者吻合较好。关键词岩石力学，灰岩，微裂纹，扫描电镜，有限元计算分类号TU459.9文献标识码A文章编号1000-6915(2004

3、)10-1608-08TESTINGSTUDYONCRACKDEVELOPMENTINLIMESTONEPLATESPECIMENUNDERUNIAXIALCOMPRESSIONZhaoYonghong，LiangXiaofeng(ComputationalGeodynamicsLaboratory，DepartmentofGeophysics，PekingUniversity，Beijing100871China)AbstractTestingstudyismadeonthemini-crackdevelopmentaround

4、aprefabricatedfractureinalimestoneplatespecimensubjecttouniaxialcompression.Therockusedfortestislimestone，anddirectSEMobservationisusedfortesting.Theelasticmodulusofrockspecimenisabout93.7GPa，Poisson′sratio0.25anduniaxialcompressivestrength201MPa.Thespecimenisaplateof

5、25mm×13mm×1.1mminsizewithaprefabricatedcentralcircularoraslotabout0.6mmwideand6.0mmlong.Themajoraxisoftheprefabricatedslotisinclinedtotheloadingdirectionat30°，45°，60°，respectively.ThetestsarecarriedoutinthevacuumchamberofaSEMusingavise-typeloadingframe.Itsloadingcapac

6、ityis2000Nandtheloadonthespecimenismeasuredbythepiezoelectrictransducerwithanaccuracyof±0.5N.Thedevelopmentofmini-cracksinlimestonespecimenunderuniaxialloadingisphotographedandanalyzed.Thetestresultsarecomparedwiththoseinmarbleandsandstonespecimensfromthepreviousstudy

7、.Itisshownfromthecomparisonthattheinitiationpointsofcracksaresimilarinallthreerockspecimens，buttherearelessmultiplemini-cracksdevelopmentinlimestonespecimen.Finiteelementcomputationofthemini-crackprocessisperformedusingNOLMprogramwithastrain-softeningconstitutivemodel

8、oflowtensileresistance.Thecomputationresultrepresentstheexperimentalobservationfairlywell.Thecalculatedresultsarecomparedwit