[發明專利]確定巖石材料裂紋尖端斷裂過程區傳播速度的方法及設備

有效

• 申請號: 202110121916.2
• 申請日: 2021-01-28
• 公開（公告）號: CN112903443B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 李海波;劉黎旺;傅帥旸;李曉鋒;周俊;吳迪;王犇
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/06;G01N1/28
• 代理公司: 武漢知伯樂知識產權代理有限公司 42282
• 代理人: 王福新

本發明提供了一種確定巖石材料裂紋尖端斷裂過程區傳播速度的方法及設備。所述方法包括：對試驗級巖石樣本加載，根據時長間隔獲取若干張圖片，根據若干張圖片得到試驗級巖石樣本表面的全場位移分布；在裂紋尖端的不連續線上以一距離布設若干虛擬位移計，根據時長間隔得到不同加載時刻裂紋尖端的張開位移集合；在張開位移集合中的每一張開位移的曲線拐點區域內，將與曲線斜率閾值范圍端點對應的曲線上的點連接，得到每一張開位移的參考直線，獲取在豎直方向上所述曲線與參考直線差值的極大值的對應時長；根據一距離及對應時長，得到每一張開位移對應的裂紋尖端斷裂過程區的傳播速度。本發明可以實現對裂紋尖端斷裂過程區的演化及傳播的定量分析。

技術領域

本發明實施例涉及巖石斷裂力學技術領域，尤其涉及一種確定巖石材料裂紋尖端斷裂過程區傳播速度的方法及設備。

背景技術

在巖石力學領域，巖石材料在外力荷載作用下將發生裂紋的起裂與擴展現象。當材料內部斷裂所導致的損傷累積到一定程度時，材料將發生失效，甚至進一步導致工程事故的發生，因此研究并了解材料內部裂紋的斷裂規律對工程的建設具有十分重要的意義。目前，斷裂過程區的研究主要集中在理論分析中，相關的試驗以及試驗過程中對斷裂過程區的識別與表征研究較少，尤其涉及與時間相關的斷裂過程區的演化、傳播方面的定量化研究更為少見。因此，開發一種確定巖石材料裂紋尖端斷裂過程區傳播速度的方法及設備，可以對裂紋尖端斷裂過程區的演化及傳播的進行定量分析，就成為業界亟待解決的技術問題。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明實施例提供了一種確定巖石材料裂紋尖端斷裂過程區傳播速度的方法及設備。

第一方面，本發明的實施例提供了一種確定巖石材料裂紋尖端斷裂過程區傳播速度的方法，包括：對試驗級巖石樣本加載，根據時長間隔獲取若干張圖片，根據所述若干張圖片得到試驗級巖石樣本表面的全場位移分布；在裂紋尖端的不連續線上以一距離布設若干虛擬位移計，根據所述時長間隔得到不同加載時刻裂紋尖端的張開位移集合；在所述張開位移集合中的每一張開位移的曲線拐點區域內，將與曲線斜率數值范圍端點對應的所述曲線上的點連接，得到所述每一張開位移的參考直線，獲取在豎直方向上所述曲線與參考直線差值的極大值的對應時長；根據所述一距離及對應時長，得到每一張開位移對應的裂紋尖端斷裂過程區的傳播速度。

在上述方法實施例內容的基礎上，本發明實施例中提供的確定巖石材料裂紋尖端斷裂過程區傳播速度的方法，所述試驗級巖石樣本表面的全場位移分布，包括：

其中，u_i,x與u_i,y分別為圖片中第i點處沿x方向與y方向的位移；u₀與v₀分別為中心點處沿x方向與y方向的位移；(x₀,y₀)與(x_i,y_i)分別為中心點處坐標與第i點處坐標；u或v對坐標x或y的偏導數為位移沿x軸或y軸方向的變化梯度。

在上述方法實施例內容的基礎上，本發明實施例中提供的確定巖石材料裂紋尖端斷裂過程區傳播速度的方法，所述不同加載時刻，包括：

t＝n×Δt

其中，t為加載時刻；n為若干虛擬位移計的數量；Δt為所述時長間隔。

在上述方法實施例內容的基礎上，本發明實施例中提供的確定巖石材料裂紋尖端斷裂過程區傳播速度的方法，所述斜率數值范圍為0至0.95，相應地，所述將與曲線斜率數值范圍端點對應的所述曲線上的點連接，得到所述每一張開位移的參考直線，包括：將所述曲線上斜率為0的點與斜率為0.95的點連接，得到所述每一張開位移的參考直線。

在上述方法實施例內容的基礎上，本發明實施例中提供的確定巖石材料裂紋尖端斷裂過程區傳播速度的方法，所述根據所述一距離及對應時長，得到每一張開位移對應的裂紋尖端斷裂過程區的傳播速度，包括：