单轴压缩荷载下闭合裂纹扩展的试验和数值研究 杨恩光.pdf

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网络首发时间：2022-05-17 15:16:20
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第 43 卷增刊 1 岩 土 力 学 Vol.43 Supp.1
2022年6月 Rock and Soil Mechanics Jun. 2022
DOI：10.16285/j.rsm.2020.1955


单轴压缩荷载下闭合裂纹扩展的试验和数值研究
杨恩光，杨立云，胡桓宁，汪自扬，张 飞
（中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院，北京 100083）

摘 要：岩体内部存在大量的裂隙，由于填充物的存在，在大多数情况下裂纹面是闭合的，受外力作用时会产生摩擦力，进
而会影响到岩体裂隙的起裂模式和扩展行为。因此，为了研究闭合裂纹的起裂模式和扩展行为，用类岩石材料PMMA 有机
玻璃板制成含有闭合裂纹的预裂试样，在试样上进行单轴压缩试验，用数字图像相关系统（DIC）记录并分析了闭合裂纹的
起裂和扩展特征。另外，使用扩展有限元法（XFEM）来模拟闭合裂纹的萌生和扩展，通过模拟得到了含闭合裂纹试样的破
坏过程，并分析了闭合裂纹的起裂和扩展特征，与试验结果吻合良好，验证了数值模拟的有效性。在此基础上，引入裂纹倾
角和裂纹面摩擦系数为变量，模拟研究了其对闭合裂纹起裂和扩展行为的作用机理。研究结果表明，裂纹闭合条件下产生的
裂纹为翼型张拉裂纹。裂纹倾角和裂纹面摩擦系数对闭合裂纹的起裂模式和扩展行为有较大影响，裂纹倾角越大，起裂角越
大，相反，裂纹面摩擦系数越大，起裂角越小。另外，裂纹面 摩擦系数会对闭合裂纹的扩展产生抑制作用，且随着摩擦系数
不断增大，抑制作用变得越来越显著，出现止裂现象。
关 键 词：闭合裂纹；摩擦系数；DIC；扩展有限元；裂纹扩展行为
文献标识码：A 文章编号：1000－7598 (2022) 增刊 1－0000－11


Experimental and numerical research on propagation of closed cracks under
uniaxial compression