斷裂力學論word版(編輯修改稿)
2025-02-04 08:36 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 本理論 應力強度因子概念和能量釋放觀點的統(tǒng)一 ： 假設不考慮塑性變形能、熱能和動能等其它能量的損耗，則能量轉(zhuǎn)換表現(xiàn)為所有能量在裂端釋放以形成新的裂紋面積。下面以帶有穿透板厚的 I 型裂紋的平板為例，來建立應力強度因子和能量釋放率間的關系。 能量釋放與應力強度因子 ： 按照 Griffith 能量釋放的觀點，裂紋長度延長 s 時，此裂紋端所釋放的能量將等于裂紋上下表面所做的功。因此，按照 I 型裂紋能量釋放率 GI 的定義 ： 當 s→ 0 時，有 [KI]a+s→ KI，經(jīng)過積分得： 彈塑性斷裂力學的基本概念 裂端塑性區(qū) ： 對非常脆性的材料，塑性區(qū)很小，與裂紋長度和零構件尺寸相比可忽略不計。此時，線彈性斷裂力學的理論和應力強度因子的概念完全適用。當塑性區(qū)尺寸不合忽略時，則必須給一定的修正，才能應用線彈性斷裂力學結果。 6 若是塑性區(qū)已大到超過裂紋長度或構件的尺寸，則此時線彈性力學的理論已不再適用，亦即用應力強度因子來衡量裂端應力場 的強度這個觀念已不可靠，必須用彈塑性力學的計算和尋找表征裂端應力應變場強度的新力學參量。 Dugdale 模型 ： Dugdale 發(fā)現(xiàn)薄壁容器或管道有穿透壁厚的裂紋時，其裂端的塑性區(qū)是狹長塊狀，如圖。由此他仿照 Irwin 有效裂紋長度的概念，認為裂紋的有效半長度是 a+ρ。這里ρ是塑性區(qū)尺寸。由于在 a 到 a+ρ間的有效裂紋表面受到屈服應力引起的壓縮，所以這一段沒有開裂。因此他假設：塑性區(qū)尺寸ρ的大小，剛好使有效裂紋端點消失了應力奇異性。 J 積分啟裂判據(jù) 嚴格地說， J 積分的線路無關性是建立在裂紋尾跡不發(fā)生卸載的情形下。然而，延性斷裂通常有啟裂、穩(wěn)定擴展和失穩(wěn)擴展三個階段，而裂紋擴展時裂紋尾跡免不了要發(fā)生局部卸載，因此， J 積分判據(jù)用作啟裂判據(jù)是完全正確的 對 I 型裂紋， J 積分的啟裂判據(jù)為 : 這里 JIC 是 I 型裂紋在啟裂時平面應變斷裂韌度 。 三、斷裂力學的實例應用 大型地下洞室斷層破碎帶變形特征 問題的提出 錦屏一級水電站地下廠房洞室群所處的工程 區(qū)域地質(zhì)構造復雜、斷層交匯、巖體強度相對較低， 工程巖體內(nèi)應力的時空分布不均勻，變異較大，開 挖卸荷引起斷層及其影響帶的地應力劇烈變化，并 導致出現(xiàn)若干地應力松弛和集中區(qū)域 [1]。水電站地 下廠房及其附屬洞群圍巖以 III 類為主，同時地應力 偏高，圍巖強度應力比為 ~，并隨開挖支護 發(fā)生波動和變化，表現(xiàn)出較強的時空效應。受原生 斷層、局部煌斑巖脈、卸荷裂隙等的影響，主廠房 和主變室上游頂拱和邊墻在 f14 斷層帶及其附近出 現(xiàn)大范圍開裂破壞，其直觀表現(xiàn)為初期錨噴薄層混 凝土開裂、剝落，掛網(wǎng)鋼筋鼓出，監(jiān)測結果表明錨 桿和錨索應力超限，甚至拉斷。基于上述工程安全 隱患，設計和施工進行了多次論證和優(yōu)化，先后采 用了系統(tǒng)的噴錨支護、鋼筋拱肋強柔性支護、鋼筋 混凝土置換煌斑巖脈等多種復合支護技術和措施。 工程實踐和理論研究均表明，在高應力復雜多變地 質(zhì)體內(nèi)開挖巨型 洞室，采用具有強柔性特征的鋼筋 拱肋快速支護技術，能有效抑制工程巖體內(nèi)斷層及 其影響帶部位圍巖的大變形，且支護剛度在其與圍 巖共同變形的后期有進一步增加的趨勢，保證了整體洞室群的安全與ICJJ ? 7 穩(wěn)定。 建立模型 工程地質(zhì)構造 ： 廠區(qū)地質(zhì)條件比較復雜，涉及巖性為互層大理 巖夾綠片巖，圍巖類別以 III1 類為主，飽和單軸抗 壓強度 Rb = 60~75 MPa。地下廠區(qū)主要發(fā)育有 NE 向的 f13，f14 斷層，以及 NEE~EW 向和 NW~ NWW 向的小斷層 (見圖 1)。主要節(jié)理裂隙有 4 組 : ① N40~600E ， NWζ25~350。 ② N50~700E ， SEζ50~800。 ③ N50~700W ，NE(SW)ζ80~900。 ④ N25~400W， NE(SW)ζ80~900。地下水的分 布主要受裂隙的發(fā)育及分布情況控制，在裂隙不發(fā) 育的洞室部位，一般僅表現(xiàn)為弱 ~微透水，在裂隙較發(fā)育，特別是第③，④組裂隙集
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