不同加载速率下北山NSCB和CCNSCB花岗岩动态断裂特性试验研究( Experimental study on dynamic fracture behaviors of Beishan NSCB and CCNSCB granite specimens under different loading rates )

SA Yao ZY B

甘肃北山地区已被列为高放废物地下库建设的主要候选地。因此，研究北山花岗岩体的动力响应对相关的开挖工程具有重要意义。本文研究了速率对北山花岗岩动态断裂行为的影响。为了进行数字图像相关(DIC)图像处理，制备了缺口半圆弯曲(NSCB)和裂纹人字形缺口半圆弯曲(CCNSCB)试样。采用超高速摄影机对改进的分离式Hopkinson压杆(SHPB)系统拍摄岩石试件的完整破裂过程。在ABAQUS模拟软件中采用J积分法对NSCB和CCNSCB试件的无量纲应力强度因子（SIFs）进行了数值计算。为了系统地揭示北山花岗岩的动态断裂机制,获得了动态断裂韧度、动态应力强度因子(DSIF)在断裂过程中的变化规律和动态断裂能等关键动态断裂参数,以供进一步研究和比较。结果表明,NSCB和CCNSCB试样的动态断裂韧度具有明显的速率依赖性,断裂韧度随加载速率的增加而增加。此外，由于在缺口尖端附近有较大的应力集中水平，CCNSCB试样的韧性值大多高于NSCB试样。北山NSCB和CCNSCB样品的DSIF演化十分相似，其变化曲线均经历了三个典型的发展阶段，直至样品完全破裂。NSCB和CCNSCB试样的动态断裂能比较一致，并与加载速率呈正相关关系。而断裂能吸收率（即断裂能与入射杆中产生的能量之比）随加载速率的增大而逐渐减小，表明较低的加载速率可能更适合于提高岩石破碎效率。

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