半圆弯拉下岩石内裂纹扩展规律数值模拟研究

作     者：张志韬 顾浩 王海军 汤雷 刘鑫娜 戚海棠 ZHANG Zhitao;GU Hao;WANG Haijun;TANG Lei;LIU Xinna;QI Haitang

作者机构：南京水利科学研究院水文水资源与水利工程国家重点实验室江苏南京210029 河海大学水利水电学院江苏南京210098 

出 版 物：《水利水电技术》 (Water Resources and Hydropower Engineering)

年 卷 期：2020年第51卷第4期

页      面：193-202页

学科分类：081504[工学-水利水电工程] 07[理学] 08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0815[工学-水利工程] 0713[理学-生态学] 

基　　金：国家自然科学基金(51409170,51739008) 江苏省自然科学基金(BK20171130) 中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(Y419005) 

主　　题：岩石断裂 半圆弯拉 Franc3D 扩展路径 三维裂纹 

摘      要：岩石内部固有缺陷的存在和扩展是导致其断裂的重要因素,半圆弯拉试验是该领域的重要实验。为研究半圆弯拉下含三维内裂纹试件扩展路径及断裂特性,基于Franc3D有限元自适应网格划分技术开展含三维内裂纹SCB试样数值模拟,结果表明:(1)基于Franc3D软件的三维裂纹扩展与室内试验具有较好的一致性,该软件是三维裂纹数值模拟的重要工具。(2)通过M积分得到裂纹尖端应力强度因子,分析得出对称加载模型为KⅠ与底部加载跨距呈正相关的Ⅰ型断裂模式;非对称加载模型中出现复合断裂模式,随着右侧加载跨距的增加,KⅠ先降低再升高,KⅡ及KⅢ先变化至0,再逐渐升高。(3)基于最大拉应力准则得到裂纹扩展路径,对称加载模型在I型断裂模式下进行平面扩展后破坏,非对称加载模型出现复合断裂模式,伴随翼型起裂并扩展至破坏。(4)定量分析对称加载模型裂纹内部扩展规律得出,裂纹下端扩展速率最大,上端扩展速率最小。