冲击载荷作用下岩石动态断裂试验研究

宋义敏，何爱军，王泽军，陈浩哲

（北方工业大学 土木工程学院，北京 100144）

1 引 言

断裂动力学作为断裂力学的一个分支，近30年取得了很大的进展[1－4]。然而，与断裂静力学相比，其在数学上要困难得多，即使如三点弯曲这样简单的试样，仍未获得裂纹尖端动态应力强度因子的解析表达式[5]。因此，开展冲击载荷作用下的岩石动态断裂试验工作，研究其动态断裂力学响应及特征是十分必要的。

目前用于岩石断裂过程观测的试验方法主要有应变电测、声发射监测、热红外监测以及光测力学变形测量方法[6－11]等。冲击载荷作用下的岩石裂纹动态断裂过程具有2个重要的特点，即在空间上的岩石变形非均匀和不连续特点，以及时间上的裂纹高速扩展的特点。冲击载荷作用下，岩石裂纹动态断裂过程这两方面特点对试验研究手段提出了特殊要求：①在试验观测中只有采用全场的变形测量方法，才能全面地把握岩石裂纹动态断裂过程中变形在空间上的非均匀、不连续演化过程；②试验测量中只有采用高速的数据采集系统记录数据，实现变形场的动态观测，才可能对冲击载荷作用下岩石裂纹动态断裂过程进行更细致更有效的观测。数字散斑相关方法(digital speckle correlation method，DSCM)与其他力学变形测量方法相比，其优点是预处理工作简单，通过数字图象处理技术可直接从被测试件表面天然或人工制作的散斑场提取所需要的岩石试件变形信息。如果采用高速相机搭建数据采集系统，也能满足岩石裂纹动态断裂的测量要求[12－14]。……