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含裂隙类岩石单轴压缩疲劳性能试验研究

陶伟 叶唐进 张文海 王潇宇 刘丛丛

陶伟, 叶唐进, 张文海, 王潇宇, 刘丛丛. 含裂隙类岩石单轴压缩疲劳性能试验研究[J]. 岩土工程技术, 2022, 36(5): 389-394. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2022.05.009
引用本文: 陶伟, 叶唐进, 张文海, 王潇宇, 刘丛丛. 含裂隙类岩石单轴压缩疲劳性能试验研究[J]. 岩土工程技术, 2022, 36(5): 389-394. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2022.05.009
Tao Wei, Ye Tangjin, Zhang Wenhai, Wang Xiaoyu, Liu Congcong. Experimental Study on Uniaxial Compressive Fatigue Property of Cracked Rock-like Materials[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2022, 36(5): 389-394. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2022.05.009
Citation: Tao Wei, Ye Tangjin, Zhang Wenhai, Wang Xiaoyu, Liu Congcong. Experimental Study on Uniaxial Compressive Fatigue Property of Cracked Rock-like Materials[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2022, 36(5): 389-394. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2022.05.009

含裂隙类岩石单轴压缩疲劳性能试验研究

doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2022.05.009
基金项目: 国家自然科学基金项目(41662020);西藏大学研究生高水平人才培养计划项目(2019-GSP-S056)
详细信息
    作者简介:

    陶 伟,男,1994年生,汉族,河南驻马店人,在读硕士研究生,主要从事地质灾害相关研究。E-mail:2366915809@qq.com

    通讯作者:

    叶唐进,男,1981年生,贵州印江人,在站博士后,副教授,主要从事高原工程地质与灾害地质的研究。E-mail:237492042@qq.com

  • 中图分类号: TU 458

Experimental Study on Uniaxial Compressive Fatigue Property of Cracked Rock-like Materials

  • 摘要: 为了研究含穿透裂隙类岩石的疲劳破坏行为,揭示含缺陷岩石疲劳损伤和破坏机理,本研究采用预埋抽条法制作含穿透裂隙白水泥试样,通过单轴压缩疲劳试验,探讨不同的裂纹倾角和应力分布对裂纹扩展的影响。试验结果表明:(1)低周疲劳破坏形态与静载压缩破坏形态基本一致,裂纹都是从裂隙尖端萌生,起裂角约为45°~75°,呈一定弧度向受压两端扩展,直至试样破坏,为典型的张拉I型断裂;(2)建立裂纹扩展长度与循环次数关系后发现,裂纹扩展速率随着循环次数的增加而先迅速增加后趋于平稳,最后又迅速增加,验证了疲劳破坏过程经历三个阶段,即疲劳裂纹初始塑性形变阶段、裂纹的缓慢增长阶段和裂纹的快速贯通阶段;(3) 根据对疲劳应变能的分析可以看出,裂纹在萌生阶段所需要的能量较大,在裂纹开始扩展后,应变能密度基本保持不变,说明裂纹扩展过程中所需要的能量趋于稳定;通过对比不同应力水平、应力比的应变能密度曲线可以看出,在较大的应力水平、应力比下,应变能密度逐渐增加,表明试样在较大的应力水平和应力比下能够吸收更多的能量,裂纹的萌生与扩展也就更快。

     

  • 图  1  单裂隙类岩石静载破坏图

    图  2  疲劳参数设计

    图  3  疲劳裂纹扩展轨迹

    图  4  裂纹扩展长度与循环次数关系图

    图  5  循环次数与残余应变关系图

    图  6  不同裂隙倾角的岩石试样滞回环

    图  7  应变能密度和应变能与循环次关系数曲线

    图  8  应力对应变能密度的影响

    表  1  试样参数

    倾角编号应力振幅SD/MPa应力水平Smax/Sc应力比Smin/Smax
    30°T130.360.250
    T240.540.333
    T350.540.167
    T450.630.286
    T550.720.375
    T660.720.250
    45°F150.480.167
    F250.560.286
    F350.600.333
    F450.640.375
    60°S150.610.286
    S250.650.333
    S350.690.375
    S460.690.250
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  • 收稿日期:  2021-05-31
  • 刊出日期:  2022-10-08

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