基于强度参数脆性指数的岩石Ⅰ型断裂韧度评价

包 含，郭文明，张国彪，晏长根

(1. 长安大学 公路学院，陕西 西安 710064； 2. 河南省交通科学技术研究院有限公司，河南 郑州 450006)

0引 言

断裂韧度是反映岩石抵抗裂纹扩展能力的重要力学参数，在科学研究和工程实践中应用广泛。Ⅰ型断裂韧度KIC作为最常用的断裂力学参数，反映了岩石抵抗拉张破坏的能力。为获取岩石的Ⅰ型断裂韧度，国际岩石力学学会(ISRM)推荐使用“V”形切槽圆梁三点弯曲(CB)试样[1]、短棒(SR)试样[1]、“V”形切槽巴西圆盘(CCNBD)试样[2]和中心直裂纹半圆盘三点弯曲(SCB)试样[3]，美国材料与测试协会(ASTM)则推荐了单边直裂纹三点弯曲梁(SC3PB)试样[4]。通过测试直接获取KIC值的方法往往比较复杂，成本也较高，不利于快速、便捷地评价岩石的断裂韧度。因此，建立简单、快捷并满足一定精度要求的KIC值评价方法一直受到学者关注。

本文将在数据统计分析的基础上，选取3种典型脆性指数建立KIC值的评价方法，并分析评价效果，从而提供快捷、合理并满足一定精度要求的KIC估算方法，为科学研究和工程应用提供便利。

表1岩石KIC与其他物理力学参数经验关系Tab.1Empirical Relations Between KIC and Other Physical-mechanics Parameters of Rock

1岩石KIC与脆性指数相关性分析

脆性作为岩石重要的力学指标，主要体现在微小的形变就能使其破坏，是岩石在破坏过程中产生多裂缝面的能力。在3种岩石强度脆性指数中，B1为抗压强度脆性指数，B2为压拉强度脆性指数。对于B3，岩石内摩擦角由摩尔强度包络线在C点的切线斜率确定(图1，其中τ为剪应力，σ为主应力)，与抗压强度、抗拉强度和黏聚力c有关，存在关系B3=f(σc，σt，c)，因此B3被称为莫尔圆脆性指数。……