地质学论文_含孔双裂隙3D打印类岩石试件破裂

文章摘要:为研究含孔双裂隙岩石的力学特性及破裂机制，采用3D砂型打印技术制作含孔双裂隙类岩石试件，结合数字图像相关（DIC）方法对压缩过程中的试件进行非接触式、全场观测。计算水平应变、垂直应变和剪切应变3个分量的协方差矩阵，引入应变场有效方差量化分析和识别试件破裂行为。研究结果表明：3D砂型打印标准试件的力学性能与真实砂岩相似，且试验结果离散性低，可归结为类岩石材料。预制裂隙劣化了试件的力学性能，相比于含孔无裂隙试件，含孔双裂隙试件的抗压强度和弹性模量分别降低了8.04%～38.91%和14.44%～27.78%。结合DIC计算结果，成功识别出3种基本裂纹，即张拉裂纹（I型）、剪切裂纹（II型）和拉剪混合裂纹（I-II复合型）。含孔双裂隙试件均表现为拉剪混合破坏；孔洞和裂隙之间的贯通模式受两者之间水平距离的影响，可分为张拉贯通、转动贯通以及拉剪混合贯通。应变场有效方差能够全面、深入地反映应变数据的离散程度，初始压密和弹性阶段的应变场有效方差接近于0，裂纹萌生后表现出不同的演化规律。在此基础上，提出一种基于应变场有效方差的裂纹类型定量识别方法，有效方差的增长速率介于0.72×10^–2～1.89×10^–2可识别为张拉裂纹，介于2.34×10^–2～3.59×10^–2可识别为拉剪混合裂纹，介于9.63×10^–2～32.40×10^–2可识别为剪切裂纹。

文章关键词:岩石力学,孔洞,裂隙,数字图像相关方法,有效方差,裂纹识别,

项目基金:国家自然科学基金项目（No.41762021，No.11902128）,云南省应用基础研究计划项目（No.2019FI012）,《力学学报》 网址: http://www.lxxbzz.cn/qikandaodu/2021/0901/725.html