斷裂力學(xué)在震源機(jī)制分析中幾個(gè)問(wèn)題的探討(編輯修改稿)
2025-04-21 03:16 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 范圍ai＜a＜am的裂紋才有可能失穩(wěn)斷裂， 其中ai為裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的最小長(zhǎng)度， 而am則是裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的止裂長(zhǎng)度。 當(dāng)在某一地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力的變化情況已經(jīng)探明的條件下， 這樣的臨界尺寸顯然是可以確定的。 若該地區(qū)的斷層尺寸及分布規(guī)律已經(jīng)探明， 則可以由此確定該斷層是否會(huì)發(fā)生地震及某次大震后是否仍有發(fā)生余震的可能。 因此提出這樣一個(gè)裂紋尺寸的失穩(wěn)判據(jù)無(wú)疑具有很現(xiàn)實(shí)的意義， 但這一問(wèn)題還有待更進(jìn)一步的探索。3 張開(kāi)與閉合裂紋擴(kuò)展的不同特點(diǎn) 主要實(shí)驗(yàn)事實(shí) 圖2所示為湘南大理巖直剪斷裂試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(該試驗(yàn)由湖南水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院周群力高工完成， 試件尺寸200mm200mm60mm)。 當(dāng)預(yù)制裂紋為具有一定寬度的切口時(shí)， 切口端部總是首先以初裂角θ擴(kuò)展張拉裂紋， 并最終導(dǎo)致試件的凹形張拉斷裂(圖2(a)所示)。 然而用三點(diǎn)彎曲預(yù)制的閉合裂紋試件， 在同樣加載條件下， 巖石試件中不再出現(xiàn)Ⅱ型裂紋的斜向凹形擴(kuò)展， 而是直接沿原切口方向剪斷(圖2(c)所示)。 但是在三點(diǎn)彎曲預(yù)制閉合裂紋前， 若在預(yù)裂位置預(yù)切一淺槽， 則盡管在淺槽前方已預(yù)裂了一較長(zhǎng)的閉合裂紋， 但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中， 淺槽的前下方仍然不可避免地出現(xiàn)以初裂角θ開(kāi)裂的斜向擴(kuò)展裂紋(圖2(b)所示)。圖2 直剪儀壓剪試驗(yàn)裂紋擴(kuò)展軌跡示意圖 Schematic diagram for crack propagation path in direct shear test 理論分析和討論 對(duì)于壓剪載荷作用下的張開(kāi)裂紋， 若在裂紋擴(kuò)展前， 裂紋仍是張開(kāi)的， 則裂紋端部的周向應(yīng)力為 (2)式中： 則由最大周向應(yīng)力確定的應(yīng)力強(qiáng)度因子為 (3) 與Ⅱ型斷裂韌度KIIc相對(duì)應(yīng)， 用有效剪應(yīng)力表示的張開(kāi)裂紋Ⅱ型應(yīng)力強(qiáng)度因子為 (4) 對(duì)完全閉合裂紋， 由文［2］的光彈研究認(rèn)為， KI=0， 則由閉合裂紋應(yīng)力場(chǎng)確定的最大應(yīng)力強(qiáng)度因子為 (5) (6) 比較式(4)和式(6)發(fā)現(xiàn)， 張開(kāi)裂紋與閉合裂紋的Ⅱ型應(yīng)力強(qiáng)度因子大小完全相同， 但比較式(3)和式(5)則發(fā)現(xiàn)張開(kāi)裂紋的KkIθ與巖石的內(nèi)摩擦系數(shù)無(wú)關(guān)， 而閉合裂紋的KbIθ則與摩擦系數(shù)μ的大小密切相關(guān)， 例如令τ=2σn， 則由式(3)確定的張開(kāi)裂紋最大應(yīng)力強(qiáng)度因子KkIθ=， 而當(dāng)μ=0時(shí)， KbIθ=2σ， 對(duì)本文介紹的湘南大理巖μ=， 則KbIθ=。 由此可見(jiàn)， 張開(kāi)裂紋的Ⅰ型應(yīng)力強(qiáng)度因子明顯大于閉合裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子， 并且這一差值隨著巖石內(nèi)摩擦系數(shù)的增加而增大。 對(duì)湖南大理巖而言， 張開(kāi)裂紋與閉合裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的比值KkIθ/KbIθ≈3， 在此條件下， 顯然張開(kāi)裂紋比閉合裂紋更易發(fā)生裂紋的張拉擴(kuò)展。 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中， 盡管切口前端已預(yù)裂了一閉合裂紋， 但由于這一閉合裂紋的形成， 在壓剪載荷的作用下， 并不會(huì)對(duì)切口前下方拉應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力奇異性造成太大的影響， 即切口仍然具有接近于式(3)的應(yīng)力強(qiáng)度因子KkIθ值， 因此裂紋仍然從切口端部張拉擴(kuò)展?！ ∮纱丝梢?jiàn)， 張開(kāi)的剪切裂紋和閉合型的剪切裂紋在壓剪斷裂過(guò)程中會(huì)有截然不同的表現(xiàn)， 而目前的壓剪斷裂實(shí)驗(yàn)通常都使用預(yù)先切口的張開(kāi)型裂紋， 因此， 在分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，
研究報(bào)告相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1