层理方向对含预制裂纹页岩Ⅰ型断裂特性的影响

TD325%TU45; 层状页岩受内部层理方位分布特征的影响,其力学性质常表现出明显的各向异性特征.为了探究层理方向对层状页岩Ⅰ型断裂特性的影响,针对不同层理倾角β、预制裂纹角度为 0°的半圆盘试件开展三点弯曲静态压缩试验和数值模拟试验.试验结果表明,试件的Ⅰ型标准化应力强度因子YⅠ会随着层理倾角的变化呈现出明显的差异性,并与层理倾角呈现出良好的三次函数关系,且仅在层理倾角β为0°和90°时,试件表现为纯Ⅰ型断裂模式,即层理倾角的变化会改变试件的断裂模式.同时,试件的Ⅰ型断裂韧度随着层理倾角的增大而逐渐减小,并与层理倾角呈二次函数关系;当层理倾角与预制裂纹角度垂直时,试件的Ⅰ型断裂韧度最大;而...

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Published in矿业安全与环保 Vol. 51; no. 1; pp. 1 - 6
Main Authors 李勇, 胡双杰, 桂辉高, 孙传猛, 甘涛, 李银
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044%重庆大学 资源与安全学院,重庆 400044%中北大学 电气与控制工程学院,山西 太原 030051 01.02.2024
重庆大学 资源与安全学院,重庆 400044
Subjects
shale
裂纹扩展
crack extension
mode Ⅰ fracture
fracture toughness
型断裂
页岩
断裂韧度
扩展有限元法
层理方向
bedding direction
XFEM
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ISSN1008-4495
DOI10.19835/j.issn.1008-4495.20230316

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Summary:TD325%TU45; 层状页岩受内部层理方位分布特征的影响,其力学性质常表现出明显的各向异性特征.为了探究层理方向对层状页岩Ⅰ型断裂特性的影响,针对不同层理倾角β、预制裂纹角度为 0°的半圆盘试件开展三点弯曲静态压缩试验和数值模拟试验.试验结果表明,试件的Ⅰ型标准化应力强度因子YⅠ会随着层理倾角的变化呈现出明显的差异性,并与层理倾角呈现出良好的三次函数关系,且仅在层理倾角β为0°和90°时,试件表现为纯Ⅰ型断裂模式,即层理倾角的变化会改变试件的断裂模式.同时,试件的Ⅰ型断裂韧度随着层理倾角的增大而逐渐减小,并与层理倾角呈二次函数关系;当层理倾角与预制裂纹角度垂直时,试件的Ⅰ型断裂韧度最大;而当层理倾角和预制裂纹角度平行时,试件的Ⅰ型断裂韧度最小.另外,基于扩展有限元法(XFEM),对半圆盘层状页岩试件的破断机制进行研究,验证了试验和计算结果的准确性.
ISSN:1008-4495
DOI:10.19835/j.issn.1008-4495.20230316