岩石斷裂理論是指研究裂紋在岩石中擴展所需的條件及岩石斷裂機理的理論。在荷載作用下，岩石將發生變形，隨著荷載的增加，其變形量也增加，當荷載達到某一數值後，就會導致岩石發生斷裂破壞。岩石的變形和破壞，是荷載作用下岩石形態變化的兩個不同階段。
基本介紹
- 中文名：岩石斷裂理論
- 外文名：fracture theory of rock
- 學科：水利工程
- 領域：工程技術
簡介,原理,岩石破裂的類型,理論分析,岩石剪壓階段,
簡介
岩石斷裂理論是指研究裂紋在岩石中擴展所需的條件及岩石斷裂機理的理論。
原理
在荷載作用下，岩石將發生變形，隨著荷載的增加，其變形量也增加，當荷載達到某一數值後，就會導致岩石發生斷裂破壞。岩石的變形和破壞，是荷載作用下岩石形態變化的兩個不同階段。在變形階段，岩石也有局部微破裂，雖不占主要地位，卻是形成不可恢復變形的主要因素;荷載繼續增加，在變形進一步發展的同時，局部破損的份額越來越大，微破裂發展成岩石的巨觀破壞。天然岩石在地質史的演變過程中，無論從大範圍或小範圍看，也無論從巨觀或微觀的角度考察，都將存在新層帶、層理、節理、裂隨等缺陷。因此天然岩石是由完整岩塊(結構體）和結構面（節理、裂隙等)組成的。
岩石破裂的類型
岩石的破壞可以是在完整的岩塊中，也可以是在結構面中其破環有兩種基本類型，
1.由彈性變形隨即轉化為突然破裂，稱為脆性破壞，破壞時不產生明顯的變形，這往往是岩石中裂隙產生和發展的結果。
2.彈性變形大後，又產生明顯的塑性變形，但不呈現明顯的破壞面，甚至可以處在塑性流動狀態，稱為塑性破壞，這是由於組成物質顆粒間相互滑移所致。由於缺陷的存在，造成岩石可能在低於強度的範圍內就發生破壞，這就不能用傳統的強度概念，但往往可用斷裂力學的觀念和理論加以解釋。
理論分析
岩石中裂紋的擴展問題就可以用斷裂力學理論進行分析。由於岩石裂紋尖端的應力集中效應，應力一般都非常大，因此常產生一個非彈性的應力區。對大子數岩石而言，除非處於高溫、高圍壓下，其裂紋端部均不會發生塑型變形現象，通常是以發生眾多微裂隙來解釋非彈性區的出現。當非彈性區與分析對象尺寸相比很小時，則可以為滿足線彈性條件，可用線彈性斷裂力學理論分析。
探岩芯的圓截面三點彎曲試件，此外，V形切口短棒拉伸試件和V形切口三點彎曲試件也廣為採用，為研究裂紋擴展速率則常用雙扭試件。影響岩石KIc的因素主要是岩石的各向異性、裂隙中是否有水、圍壓大小、高溫和超低溫等。
當荷載與岩石中裂紋有夾角時，則產生複合型斷裂，從工程套用而言，研究岩石的複合斷裂具有重要意義。關於複合斷裂的理論和判據。仍可用斷裂力學的有關理論和方法。
壓剪斷裂是岩石中較為普遍的一種斷裂形態。例如，板塊內部地震和切層破裂中，與工程有關的壩基開裂;岩體中孔口、洞室周邊開裂等問題中，都存在壓剪斷裂現象。壓剪斷裂的機理是當岩石在剪應力作用下發生微破裂時，必然引起局部範圍內岩石體積的改變，即產生擴容現象，因而引起圍壓對這種斷裂膨脹的抑制。
岩石剪壓階段
有切口的岩石試件的壓剪試驗表明，岩石壓剪斷裂過程可分為4個階段：
1.初裂前階段，無裂紋擴展。
2.微裂紋擴展階段，切口端部體積應變出現擴容。
3.失穩擴展階段，試件脆斷。
4.摩擦階段，脆斷後試件的兩部分沿破裂面摩擦運動。
