Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu thực nghiệm về tính chất cơ học và hành vi nứt của các mẫu đá sa thạch đã được nứt trước dưới tác động nén trục đơn
Tóm tắt
Nghiên cứu này phân tích hành vi cơ học, các chế độ nứt, ứng suất khởi phát nứt, loại nứt được khởi phát và quá trình hợp nhất nứt cho các mẫu đá sa thạch có khuyết tật nhân tạo với các góc nứt khác nhau từ 0° đến 90° (cách nhau 15°) và chiều dài dây chằng khác nhau từ 3 đến 23 mm (cách nhau 5 mm) dưới tác động nén trục đơn. Hình học khuyết tật là sự kết hợp của một lỗ đơn và một vết nứt nghiêng nằm dưới, điều này khác biệt với những gì đã được báo cáo trong các nghiên cứu trước. Về cơ bản, các tham số cơ học của các mẫu chứa khuyết tật kết hợp thì thấp hơn so với các mẫu nguyên vẹn, và tác động của góc nứt và chiều dài dây chằng lên các tham số cơ học cho các mẫu có khuyết tật được phân tích dựa trên các đường cong ứng suất – biến dạng trục dọc. Cường độ cực đại, biến dạng trục dọc cực đại, mô đun đàn hồi và mô đun Young secant đều thể hiện một xu hướng biến đổi tương tự với sự gia tăng của góc nứt, tức là trước tiên giảm trong khoảng từ 0°–45° và sau đó giữ khá ổn định trong khoảng từ 45°–75° trước khi thể hiện một xu hướng gia tăng trong khoảng từ 75°–90°. Xu hướng biến đổi của các tham số cơ học cho các mẫu bị khuyết với chiều dài dây chằng gia tăng rất đơn giản, giảm dần trong khoảng từ 3–18 mm trước khi cho thấy một xu hướng gia tăng trong khoảng từ 18–23 mm. Ứng suất khởi phát nứt cho các mẫu bị khuyết, cũng phụ thuộc vào góc nứt và chiều dài dây chằng, được phân tích. Sử dụng một camera tốc độ cao, các loại nứt khởi phát và chế độ hợp nhất nứt cho các mẫu bị khuyết được quan sát. Với góc nứt nhỏ, các chế độ nứt thường được đặc trưng bởi các nứt phát sinh từ tường lỗ và phát triển đến ranh giới của mẫu vật. Đối với các mẫu bị khuyết có góc nứt lớn hơn hoặc chiều dài dây chằng dài hơn, các nứt phát sinh từ cả tường lỗ và mũi vết nứt tạo thành các bề mặt hỏng chính. Thêm vào đó, mối quan hệ giữa đường cong ứng suất – biến dạng trục đứng và quá trình hợp nhất nứt theo thời gian thực cho các mẫu bị khuyết trong suốt quá trình biến dạng cũng được ghi nhận.
Từ khóa
#các đặc tính cơ học #đá sa thạch #ứng suất khởi phát nứt #khuyết tật nhân tạo #quá trình hợp nhất nứtTài liệu tham khảo
Janeiro RP, Einstein HH (2010) Experimental study of the cracking behavior of specimens containing inclusions (under uniaxial compression). Int J Fract 164(1):83–102
Zhang XP, Wong LNY (2012) Cracking processes in rock-like material containing a single flaw under uniaxial compression: a numerical study based on parallel bonded-particle model approach. Rock Mech Rock Eng 45(5):711–737
Haeri H, Shahriar K, FatehiMarji M et al (2014) On the crack propagation analysis of rock like Brazilian disc specimens containing cracks under compressive line loading. Latin Am J Solids Struct 11(8):1400–1416
Prudencio M, Van Sint Jan M (2007) Strength and failure modes of rock mass models with non-persistent joints. Int J Rock Mech Min Sci 44(6):890–902
Zhao XD, Zhang HX, Zhu WC (2014) Fracture evolution around pre-existing cylindrical cavities in brittle rocks under uniaxial compression. Trans Nonferr Met Soc China 24(3):806–815
Yin P, Wong RHC, Chau KT (2014) Coalescence of two parallel pre-existing surface cracks in granite. Int J Rock Mech Min Sci 68:66–84
Feng XT, Ding WX, Zhang DX (2009) Multi-crack interaction in limestone subject to stress and flow of chemical solutions. Int J Rock Mech Min Sci 46(1):159–171
Wong LNY, Einstein HH (2009) Crack coalescence in molded gypsum and Carrara marble: part 1. macroscopic observations and interpretation. Rock Mech Rock Eng 42(3):475–511
Yang SQ, Jing HW (2011) Strength failure and crack coalescence behavior of brittle sandstone samples containing a single fissure under uniaxial compression. Int J Fract 168(2):227–250
Yin Q, Jing HW, Ma GW (2015) Experimental study on mechanical properties of sandstone specimens containing a single hole after high-temperature exposure. Geotech Lett 5:43–48
Wong RHC, Chau KT, Tang CA et al (2001) Analysis of crack coalescence in rock-like materials containing three flaws-part I: experimental approach. Int J Rock Mech Min Sci 38(7):909–924
Haeri H, Shahriar K, FatehiMarji M et al (2014) Cracks coalescence mechanism and cracks propagation paths in rock-like specimens containing pre-existing random cracks under compression. J Cent South Univ 21(6):2404–2414
Park CH, Bobet A (2010) Crack initiation, propagation and coalescence from frictional flaws in uniaxial compression. Eng Fract Mech 77(14):2727–2748
Lee H, Jeon S (2011) An experimental and numerical study of fracture coalescence in pre-cracked specimens under uniaxial compression. Int J Solids Struct 48(6):979–999
Fairhurst CE, Hudson JA (1999) Draft ISRM suggested method for the complete stress-strain curve for intact rock in uniaxial compression. Int J Rock Mech Min Sci 36(3):279–289
Yang SQ, Jing HW (2011) Strength failure and crack coalescence behavior of brittle sandstone samples containing a single fissure under uniaxial compression. Int J Fract 168(2):227–250
Martin CD (1997) Seventeenth Canadian Geotechnical Colloquium: The effect of cohesion loss and stress path on brittle rock strength. Can Geotech J 34(5):698–725
Cai M, Kaiser PK, Tasaka Y et al (2004) Generalized crack initiation and crack damage stress thresholds of brittle rock masses near underground excavations. Int J Rock Mech Min Sci 41(5):833–847
Wang Y, Li X, Wu YF et al (2014) Research on relationship between crack initiation stress level and brittleness indices for brittle rocks. Chin J Rock Mech Eng 33(2):264–275 (in Chinese)
Yang SQ (2011) Crack coalescence behavior of brittle sandstone samples containing two coplanar fissures in the process of deformation failure. Eng Fract Mech 78(17):3059–3081