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最近,因研究Weibull形状参数m值与裂纹分布分维的关系,阅读了不少断裂力学文献。断裂力学源自于对玻璃与金属等材料脆性破坏的研究,是研究含裂纹物体的强度和裂纹扩展规律的科学,属于固体力学的一个分支,主要研究拉剪应力状态下材料的脆性破坏行为。
自上世纪60年代以来,某些学者将其引入到地学,通过不断发展形成了《岩石断裂力学》这门学科。地壳岩石一般处于多向受压状态,其破坏方式多为压剪。可不要小看这一字之差(拉/压),若不注意两者的区别,将固体断裂力学照搬过来研究岩石断裂问题,可是要闹笑话的。
岩石一般处于受压状态(图1),在较小应力作用下裂纹面就能闭合,闭合后作用在裂纹面的法向应力syy不会产生应力奇异性,即I型裂纹应力强度因子KI=0,Griffith型裂纹扩展可看做纯II型剪切裂纹问题,有KII=(txy-fsyy)(pa)0.5(a为裂纹半长,f为裂纹面摩擦系数,裂纹扩展需满足txy>fsyy)。可是不少学者根本未意识到该问题,断裂判据中竟然出现了KI的“尊姓大名”。嗯,要不要找块豆腐撞过去呀?
这个失误不仅出现在著名断裂力学大家Sih(1972)的著作中,而且在国内许多断裂力学文献中多次出现。尽管糊涂虫很多,但国内也有一些清醒的学者,如徐道远等(1988)和李世愚等(2006)就属于“众人皆醉我独醒”的学者。
与之类似的问题还有很多,如有些学者不注意判据的适用条件等,编出了诸多天真的童话。
对岩石受压II型裂纹临界扩展,可直接采用断裂韧度(KIIc)判据,这样《岩石断裂力学》教科书的核心内容可以浓缩成一个简单的公式:KII= KIIc,这已经基本上足够了!
图1 岩石在双轴压缩下Griffith型裂纹模型
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GMT+8, 2024-10-19 22:45
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