ⅠC<|sub>|岩石断裂韧度的K< (Ⅰc0N的意思)

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• 岩石断裂韧度的K_ⅠC测试方法
• 什么叫金属资料的断裂韧性
• 冲击韧度和断裂韧度有何不同

岩石断裂韧度的K_ⅠC测试方法

1970年以来，断裂力学已开局运行到岩石力学中，开局是运行断裂力学的实验方法来钻研岩石的断裂环节，以后少量的钻研上班都集中在岩石断裂韧度的测试上。断裂韧度是资料的一种固有属性，它表示资料抵制裂纹扩展的才干，也就是处于极限形态的应力强度因子。岩石断裂力学的切实和实验标明，岩石K确实存在。但由于岩石资料和金属资料无论在结构上还是在破坏机理上都有很大的不同，因此岩石的K测试方法不能齐全套用金属资料的K测试方法与规范。

（1）岩石试件最小尺寸达260mm，给实验带来很大艰巨。

这是由于岩石的晶粒尺寸为毫米级，而晶粒尺寸与试件尺寸和裂纹尺寸需坚持必定的相关，以满足均质性要求。

普通要求平均晶粒尺寸远小于试件尺寸和裂纹尺寸，但目前尚未建设定量相关。

（2）按金属规范，在疲劳预裂中，当K/K≤0.6时，简直不可引发岩石裂纹的预裂。它经常在K/K=0.8～0.95之间时才发生。因此在启动岩石断裂韧度测试中，要求启动岩石颗粒直径、弹性模量、抗拉强度等力学性质的测定。

（3）实验前的裂纹长度（包含预裂局部）往往小于0.45～0.55W范畴（W为试样宽度）。

（4）岩石的均质性比金属差，自然岩石具备定向的结构裂隙和随机散布的节理和裂纹，且岩石性状与地压要素相关亲密。

此外岩石性质还受地上水、地温、热力成岩作用等的影响。

由上可见，必定联合岩石分裂机理来钻研岩石的断裂韧度。1984年，国际岩石力学学会（ISRM）专门成立了岩石K测试小组，着手制订岩石K测试规范。我国也于同年召开了岩石K测试方法座谈会。近年来我国已对花岗岩、大理岩、砂岩、流纹岩等多种岩石启动了K测试。

通罕用于测定岩石断裂韧度的方法有以下几大类：短圆棒试件、改动实验、梁的笔挺实验和圆盘实验。

其中，梁的三点笔挺实验常被驳回。

详细来讲，曾被用来测试岩石Ⅰ型断裂韧度的方法及试样类型有：核心直裂纹试样（CSCBD）、单边切槽裂纹试样（SECBD）、不预制裂纹的巴西圆盘测试（BDT）、批改的圆盘测试（MRT）、压痕实验（IT）、径向裂纹环状实验（RCRT）、批改环状实验（MRT）、单边切槽半圆盘三点弯试样（HDB）、环形盘紧凑拉伸试样、轴向切槽圆棒紧缩开裂实验（ACRBC）、单边切槽圆棒笔挺实验（SENRBB）、环向切槽圆棒笔挺实验（CNRBB）、环向切槽圆棒离心加载实验（NRBEL）、环向切槽圆棒拉伸实验（CNRBT）、预制裂纹空心筒内压测试或爆破测试、单边直裂纹三点笔挺梁测试（SC3PB）、单边直裂纹四点笔挺梁测试（SC4PB）、双扭测试（DT）、双悬臂梁撕裂实验（DCB）、紧凑拉伸实验（CT）、边切槽圆盘劈裂实验（END）、厚壁圆筒实验（TWC）、点荷载实验等。

迄今为止，岩石Ⅰ型断裂韧度测试较为罕用的试样类型关键有：单边直裂纹三点笔挺梁试样（SC3PB）、V形切槽三点笔挺圆梁试样（CB）、V形切槽短棒试样（SR）、V形切槽巴西圆盘试样（CCNBD）。

此外，紧凑拉伸实验（CT）、单边切槽圆棒笔挺实验（SENRBB）及双扭测试（DT）、厚壁圆筒实验（TWC）等方法也被宽泛驳回。

随着岩石断裂韧度测试方法始终涌现，岩石断力学及断裂韧度测试方法钻研曾经越来越成为岩石力学界和工程学界钻研的热点。

但是各种不同的测试方法所得的断裂韧度值存在较大差异，相互之间可比性差，这样就不利于失掉牢靠的岩石断裂韧度值。

因此，迫切要求钻研建设规范的岩石断裂韧度测试方法，以取得一致牢靠的岩石断裂韧度值。

为了提供一些能够较现实地测出岩石断裂韧度值的实验方法，美国资料与测试协会（ASTM）于1984年提出了单边直裂纹三点笔挺梁试样（图7-7（a）），并给出了相关的几何尺寸及计算方法。

另外，国际岩石力学学会（ISRM）也先后提出了两种用于测定岩石断裂韧度的倡导方法，共有三种试样类型：1988年介绍的V形切槽三点笔挺圆梁试样（图7-7（b））、V形切槽短圆棒试样（图7-7（c））和1995年提出的V形切槽巴西圆盘试样（图7-7（d））。

图7-7 岩石Ⅰ型断裂韧度倡导测试方法试样类型及加载示用意

应用单边直裂纹三点笔挺梁启动岩石断裂韧度测试时，尺寸要求如下：

岩石断裂与挫伤

实验要求记载F-Δ（加载点位移）或F-v（裂纹嘴张开位移）；加载速率应使应力强度因子的参与量管理在100～500kg·mm之内；关键的是求裂纹扩展时的载荷和裂纹长度。当驳回人工切口启动断裂实验时，临界载荷普通驳回最大值，裂纹长度等于人工切口长，各种参数较易确定。当驳回预制裂纹试件时，裂纹长度在我国驳回染色法测定，在国外大局部驳回柔度标定法确定，即在一组同一资料的三点笔挺试样上区分切出不同长度的窄槽作为裂纹，对每个试样记载F-v曲线，如图7-8（a），应用曲线初始局部的斜率可求出柔度c=Δv/ΔF，由不同裂纹长度作出c-a曲线，如图7-8（b）所示，即可由不同刹时的c反推相应的裂纹长度。在预裂试样中，用降落5%的割线确定临界载荷。条件断裂韧度K按式（7-10）计算：

岩石断裂与挫伤

式中：F为临界载荷。

图7-8 三点笔挺试样的F-v曲线和c-a曲线

人们应用三点笔挺试样测得：灰岩K=6.65MPa·m，闪长岩K=1.076MPa·m，玄武岩K=2.31MPa·m，细粒正长岩K=15MPa·m。

图7-7（b）为三点笔挺圆梁试样（chevron notched three-point bend round bar specimen——CB），具备基于岩心的特征，因此很快就失掉了岩石力学界的宽泛认可。但用三点笔挺试样对较硬的岩石（如大理岩、花岗岩等）实验后启动非线性批改时，批改后的断裂韧度反而小于未启动批改的，这显然是不正当的。其要素一方面是与试件形态无关，另一方面与岩石颗粒尺寸无关。三点笔挺试件的临界裂纹长度a与起始裂纹长a之差比上方引见的短棒试件小。对像花岗岩一样的晶粒岩石，裂纹的前沿呈折线形，且偏离中线。用三点笔挺试件做断裂实验时，当裂纹从V形切口尖端“砰入”时，往往到达或超越a，形成在实验时载荷-载荷点位移曲线在载荷较低时就出现笔挺，非线性放大，非线性批改时的临界载荷值偏低，形成批改后的断裂韧度反而小于未启动批改的。

1977年Barker提出用短棒实验法测定岩石的平面应变断裂韧度，该方法的最大特点是试件不要求预制疲劳裂纹，实验只有测定一个载荷数据即能求出K。特意实用于脆性资料K的测试。Barker短棒实验法试样是圆柱形的，沿轴向在试样两边切一细槽，槽底部呈倒V字形，如图7-7（c）所示，普通取W=1.45D。

实验时在圆柱端面开槽处垂直于槽面加载荷F，当F到达必定值后，槽底尖根处首先出现裂纹，并随F值的增大，裂纹逐渐扩展，尺寸a也始终扩展，当裂纹扩展到某一临界值时，开局进入失稳扩展阶段，载荷F逐渐减小，其最大值为临界形态的载荷F，此时裂纹长度为a。

断裂韧度的计算公式为

岩石断裂与挫伤

式中：a为裂纹尖端到顶部长；D为短棒试件直径；W为试件高度；F为临界载荷。

Barker对各种钢和铝合金试件所做实验标明：短棒实验测出的K比规范三点笔挺实验的测定值略低。据此，人们测出粉砂岩在枯燥岩样状况下的K=0.728MPa·m；在饱和水中K=0.442MPa·m。花岗岩K=1.97MPa·m，大理岩K=1.87MPa·m。

V形（也称人字形）切槽巴西圆盘试样（cracked chevron notched Brazilian disc——CCNBD）如图7-7（d）所示。这种试样体积小，却有较高的临界载荷，同时该试样加载繁难，对实验设施要求不高，准许较大的试样加工误差以及繁难的实验程序。另外CCNBD试样防止了直裂纹巴西圆盘试样难于间接加工预制裂痕的艰巨，容易成功纯Ⅱ型或复合型的断裂形式的加载。用CCNBD试样测定岩石断裂韧度K的计算公式如下：

岩石断裂与挫伤

式中：K为Ⅰ型断裂韧度；F为实验中的最大载荷；B为试样厚度；D为试样直径；Y为试样的最小量纲为一的应力强度因子。Y可以经过数值计算先于实验取得。

由于量纲为一的应力强度因子Y作为关键的参数出如今断裂韧度测定公式中，所以必定要失掉试样的高精度的应力强度因子。对CCNBD试样，许多学者用边界元法、柔度法启动了计算标定。在ISRM 1995方法中，给出了一个规范试样的各项参数，并给出了相应的最小量纲为一的应力强度因子值。

虽然CCNBD试样具备很多好处，但它是一种复杂的三维构形，不能按平面疑问启动剖析，其无穷纲应力强度因子标定是较为艰巨的。

此外，在进执行态断裂韧度的测试时，由于裂纹尖端难于结构应力奇特点，只能依托命令启入手工结构，极大地增大了上班量，从而使得有限元方法将变得十分复杂而难以启动。

在钻研尺寸效应时，CCNBD试样的形态关于相似性条件也是不能满足的。

但是，由于圆盘试样具备很多好处，依然遭到钻研者们的始终运行，并且具备很大的开展空间。

除了CCNBD试件之外，还有不同种类的圆盘试件被用于测试岩石的Ⅰ型断裂韧度，如不带有裂痕的平台巴西圆盘试件（flattened Brazilian disc——FBD）和核心圆孔平台巴西圆盘试件（holed-flattened Brazilian disc——HFBD）、边切槽圆盘试件（edge-notched Brazilian disc——ENBD）、直槽式裂纹圆盘（cracked straight-through Brazilian disc——CSTBD）、槽孔组合式裂纹圆盘试件（holed-cracked flattened Brazilian disc——HCFBD）。

岩石圆盘试件核心裂纹的加工是有相当难度的，尤其制造裂痕宽度小于0.5mm的裂痕是岩石试件制造的难题。

上述几种倡导测试方法经测试测验具备较好的分歧性和可比性，少量测试结果统计剖析可知：测得的岩石断裂韧度值散布在较为正当的误差范畴内，遭到国际岩石断裂力学界的宽泛认可，现今已成为岩石断裂韧度测试钻研的规范和规范。

几种倡导测试方法也各有其优缺陷，实用范畴也各不相反，见表7-4。

因此，要求进一步比拟和批改，使之愈加完善。

表7-4 岩石Ⅰ型断裂韧度测试倡导方法对比表

随着岩石断裂韧度倡导测试方法的提出，国际上岩石断裂韧度测试钻研已初步构成一致的规范。

目前国际外测试所决定的岩性多集中在花岗岩、砂岩、大理岩、灰岩和辉长岩等，这些不同岩性的岩石Ⅰ型断裂韧度值差异较大，且测得的断裂韧度值团圆水平也各不相反。

对同一种岩性的岩石，驳回不同测试方法和试样类型所失掉的Ⅰ型断裂韧度值存在较大差异，即使驳回同一种测试方法所失掉的断裂韧度值也有较大团圆性。

这说明：虽然已有的倡导测试方法都思考了对测试结果启动非线性批改，但其批改后的Ⅰ型断裂韧度值仍因差异较大而难以相互验证。

因此岩石断裂韧度测试依然是今后钻研的重点。

什么叫金属资料的断裂韧性

硬度、强度、刚度、塑性是常说的关键机械功能，另外还有弹性、冲击韧性、疲劳强度和断裂韧性等。

要了解它们的区别，首先要了解相关概念：1、硬度：金属资料抵制更硬的物体压入其内的才干。

硬度是权衡金属资料软硬水平的一项关键的功能目的，它既...不是同一律念，详细的手边没书，很多书上都有的，倡导你去看下。

比如断裂力学我国的国度规范中与断裂韧度的检测无关的包含两个：1、GB/T 4161 《金属资料 平面应变断裂韧度KIC 实验方法》；2、GB/T 《金属资料 准静态断裂韧度的一致实验方法》；3、GB/T 2038 《金属资料 延性断裂韧度JIC 实验方法》4、GB/T 2358 《...看什么类型的金属，基本用高温退火。

或驳回低碳金属。

1.加增塑剂 2.加抗冲击改性剂 3.加热塑性弹性体启动增韧断裂韧性 狭义的断裂韧性，表征资料的断裂个性[21]。

在断裂力学基础上建设起来的资料抵制裂纹扩展断裂的韧性功能称为断裂韧性。

断裂韧性与其它韧性功能一样，综合反映了资料的强度和塑性，在防止低应力脆断决定资料时，依据资料的断裂韧性目的，...

冲击韧度和断裂韧度有何不同

冲击韧度是冲击排汇功与截面积的比值，是权衡冲击韧性的一种功能目的。

断裂韧度是当应力场强度因子到达某一临界值时，裂纹便开局失稳扩展直至断裂。

临界值就为断裂韧度，是表征资料抵制裂纹失稳扩展的才干。

都可用来测量韧脆转变温度，但由于应变速率，裂纹形态不同，断裂韧度所测量的韧脆转变温度要高于冲击排汇功所测量的韧脆转变温度