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岩石岩体的裂纹扩展机理与稳定性分析岩石岩体是地球的基础构造之一，其内部存在着各种裂纹。
对于岩石岩体的裂纹扩展机理与稳定性分析的研究对于地质工程和地震预测具有重要意义。
本文将从裂纹扩展的机理和岩体的稳定性两个方面进行论述。
一、裂纹扩展的机理在岩石岩体中，裂纹的扩展是由于外部应力的作用下所引起的。
岩石岩体中的裂纹可以分为两类，一类是存在于岩石岩体内部的裂纹，另一类是存在于岩体表面的裂纹。
这两类裂纹的扩展机理有所不同。
对于岩石岩体内部的裂纹，其扩展机理主要包括弹性扩展和塑性扩展两种情况。
在弹性扩展情况下，岩体受到外部应力的作用后，裂纹会随着应力的消散而逐渐扩展。
而在塑性扩展情况下，岩石岩体由于内部的应力集中会发生塑性变形，从而导致裂纹的扩展。
岩石岩体表面的裂纹主要是由于外部环境的作用而引起的，如风化、水蚀等。
这些外部环境的作用会导致岩体表面的裂纹逐渐扩展，并最终导致岩体的剥离。
二、岩体的稳定性分析岩体的稳定性分析主要是对岩体的破坏机理进行研究，以评估其对外界应力的承受能力。
稳定性分析可以从岩体的内部结构和外界应力两个方面进行。
对于岩体的内部结构，其稳定性主要取决于岩体中裂纹的分布和形态。
裂纹越多越密集，岩体的强度就越低，稳定性就越差。
此外，裂纹的形态也会影响岩体的稳定性。
如果裂纹形态呈乱石块状，岩体的稳定性就会较好。
但如果裂纹呈片状或逆片状，岩体的稳定性就会较差。
外界应力是岩体稳定性的另一个重要因素。
外界应力的大小和方向会对岩体的稳定性产生显著影响。
当外界应力超过岩体的强度极限时，岩体就会发生破坏。
而应力的方向也会影响岩体的稳定性，垂直于裂纹的应力会促进裂纹的扩展，从而降低了岩体的稳定性。
总结岩石岩体的裂纹扩展机理与稳定性分析是地质工程和地震预测中的重要研究内容。
裂纹的扩展机理包括弹性扩展和塑性扩展，而岩体的稳定性分析则主要从岩体的内部结构和外界应力两个方面入手。
深入研究岩石岩体的裂纹扩展机理与稳定性，有助于实施有效的地质工程和预测地震的发生。
裂隙岩体三维裂纹动态扩展规律与破断机制裂隙岩体是一种由裂隙网络构成的岩体，裂隙在岩体的形成过程中起着重要的作用。
裂纹动态扩展规律和破断机制是研究裂隙岩体力学行为的关键点，对于地质灾害的预测和防治具有重要意义。
本文将从裂纹动态扩展规律和破断机制两个方面进行探讨。
裂纹动态扩展规律是指在外界作用下，裂纹在岩体中发展和扩展的规律。
一般来说，裂纹动态扩展规律可以分为线性和非线性两种情况。
在线性规律下，裂纹的扩展速度与应力强度因子呈线性关系，即扩展速度正比于应力强度因子。
而在非线性规律下，裂纹的扩展速度与应力强度因子不再呈线性关系，而是随着应力强度因子的增大而增大。
裂纹的动态扩展规律受到多种因素的影响，如岩性、裂隙类型和应力状态等。
其中，岩体的质地和裂隙的形态是决定裂纹动态扩展规律的重要因素之一。
此外，裂纹动态扩展还与岩体的环境条件有关，如温度、湿度等。
这些因素的综合作用决定了裂纹的扩展速度和方向。
破断机制是指在裂纹动态扩展过程中，岩体受到应力作用下的破坏机理。
破断机制可以分为韧性破断和脆性破断两种情况。
在韧性破断中，岩体具有一定的延性，即在受到应力作用下能够发生可逆变形。
而在脆性破断中，岩体则具有较低的延性，受到应力作用后很快发生不可逆变形并形成破碎。
破断机制的选择与岩体的物质性质和应力条件有关。
例如，在高温高压条件下，岩体的韧性破断机制更为显著，而在低温低压条件下，岩体的脆性破断机制则更加明显。
除此之外，破断机制还与裂隙的性质有关。
当裂隙的密度较大，且分布较均匀时，岩体更容易发生脆性破断。
裂纹动态扩展规律和破断机制研究的意义不仅在于理解岩体力学行为的基本规律，还可为工程实践提供理论支持和技术指导。
通过研究裂纹动态扩展规律，可以预测岩体在不同应力状态下的破坏行为，进而为地质工程的设计和施工提供依据。
同时，通过研究破断机制，可以针对岩体的特点开发出相应的防治措施，减少地质灾害的发生。
总之，裂隙岩体裂纹动态扩展规律和破断机制的研究对于理解岩体的力学行为、预测和防治地质灾害具有重要意义。
岩石破坏前裂纹扩展行为测试方法与分析岩石是地壳中的基础构成元素之一，其力学性质的研究对于地质灾害的预测和工程建设的安全性评估具有重要的意义。
其中，岩石破坏前的裂纹扩展行为对于确定岩石的强度和稳定性具有重要影响。
本文将就岩石破坏前裂纹扩展行为的测试方法与分析进行探讨。
1. 介绍岩石破坏前裂纹扩展行为的意义岩石的破坏常常伴随着裂纹的扩展，而破坏前的裂纹扩展行为是岩石破坏过程中的关键环节。
通过测试和分析岩石破坏前的裂纹扩展行为，我们可以了解岩石的强度、韧性以及岩体破坏的机制，有助于预测和评估地质灾害的发生概率，以及提供工程建设的安全性指导。
2. 岩石破坏前裂纹扩展行为测试方法2.1 断裂力学试验断裂力学试验是一种常用的测试岩石破坏前裂纹扩展行为的方法。
通过在岩石试样上施加不同的加载和应力条件，观测和记录裂纹扩展过程中的变化情况，可以获得岩石断裂强度、断裂韧性等相关参数。
2.2 声发射测试声发射测试是一种非破坏性的测试方法，可以实时监测岩石破坏前裂纹扩展的过程。
通过测量岩石试样在加载过程中的声波信号，分析声发射事件的特征，可以判断裂纹扩展的位置和数量，进而评估岩石的破坏状态。
2.3 数值模拟数值模拟是一种基于物理力学原理的计算方法，可用于模拟和分析岩石破坏前裂纹扩展行为。
通过建立合适的岩石力学模型和裂纹演化规律，可以预测裂纹扩展的路径、速度和形态，为岩石破坏前的裂纹扩展提供定量化的结果。
3. 岩石破坏前裂纹扩展行为的分析3.1 裂纹形态分析通过观察和测量岩石试样破坏前裂纹的形态和分布，我们可以获得裂纹的长度、形状、走向等信息。
这些信息有助于分析岩石破坏机制、裂纹扩展路径的选择以及岩石破坏的演化规律。
3.2 断口分析在岩石试样破坏后，我们可以对岩石的断口进行分析，从中获取有关破坏过程和裂纹扩展行为的信息。
断口分析可以通过光学显微镜、扫描电子显微镜等技术手段进行，从不同尺度上揭示岩石破坏的本质和特点。
3.3 数学统计分析利用数学统计方法对测试数据进行分析，可以得到岩石破坏前裂纹扩展行为的定量特征。
第 34 卷 第 12 期 2015 年 12 月岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and EngineeringVol.34 No.12 Dec.，2015岩石 I–II 复合型裂纹动态扩展 SHPB 实验 及数值模拟研究王 蒙，朱哲明，谢 军(四川大学 能源工程安全与灾害力学教育部重点实验室，四川 成都 610065)摘要：为了研究 I–II 复合型裂纹动态扩展问题及裂纹止裂问题，侧开单裂纹半孔板(single cleavage semi circle compression，SCSCC)试样采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统进行冲击，完成 SCSCC 试样 I–II 复合型裂 纹动态断裂实验，并针对实验进行数值分析，研究其扩展路径。
为了验证数值模拟的可靠性，不仅进行有限尺寸 中心裂纹板受冲击拉伸作用的动态有限差分法分析，而且在对 SHPB 实验进行数值分析后，将模拟监测点应变值 与实验中入射杆应变片测得的应变值进行比较。
结果表明：(1) 验证分析中应力强度因子结果与其他测试的结果 比较吻合，同时，模拟监测点记录下的应变值与 SHPB 实验中入射杆应变片记录下的应变数据相比较，两者吻合 程度很高，说明使用数值方法模拟 SHPB 实验的可行性；(2) 数值模拟的裂纹扩展路径与 SHPB 实验裂纹扩展路 径基本吻合；(3) SCSCC 试件在扩展过程中，裂纹尖端存在短暂停留现象，并最终朝着试件中轴线方向(最大应力 区)移动；(4) SCSCC 试件是一种便于研究裂纹动态扩展问题的构型，可以有效地求解不同复合程度的 I–II 复合 型裂纹问题，为后续的止裂研究提供基础。
关键字：岩石力学；复合型动态断裂扩展；SHPB 实验；Autodyn 软件；侧开单裂纹半孔板 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2015)12–2474–12EXPERIMENTAL AND NUMERICAL STUDIES OF THE MIXED-MODE I AND II CRACK PROPAGATION UNDER DYNAMIC LOADING USING SHPBWANG Meng，ZHU Zheming，XIE Jun(College of Architecture and Environment，Sichuan University，Chengdu，Sichuan 610065，China)Abstract：In order to investigate the problem of rock fracture propagation and arrest under mixed-mode I and II dynamic loading，single cleavage semi-circle compression(SCSCC) plate specimens of sandstone were subjected to dynamic impact by a split Hopkinson pressure bar(SHPB). Numerical simulations were used to study the fracture propagation path under mixed mode dynamic loading. In order to verify the reliability of the numerical simulation，dynamic finite difference analysis was applied to a finite plate with a central crack subjected to impact tension at the boundary. For the SHPB tests，the measured strain at the incident bar was compared with the strain obtained from the numerical simulation. The results show that：(1) The numerical model produced outcomes that are consistent with published results. The strain values at the incident bar from numerical simulations and收稿日期：2014–01–05；修回日期：2015–03–18 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51074109)；四川省科技计划项目(2014JY0002)；西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室资助项 目(PLN1202) Fund projects：the National Natural Science Foundation of China(51074109)；the Project of Science and Technology of Sichuan Province(2014JY0002)；the Open Fund of State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University(PLN1202) 作者简介：王 蒙(1987–)，男，2010 年毕业于四川大学工程力学专业，现为博士研究生，主要从事岩石力学方面的研究工作。
岩石裂缝扩展机理模拟与预测技术研究岩石裂缝扩展是岩石工程中一个非常重要的问题。
裂缝的形成与岩体的物理力学性质、构造和应力状态密切相关。
在工业界和研究机构中，通过对岩石裂缝扩展机理的模拟和预测，可以有效地提高岩石工程的施工效率和安全性，降低工程成本和风险。
岩石裂缝扩展机理的模拟和预测技术是一个较为复杂的过程。
在模拟过程中，需要考虑岩石的物理力学特性和岩体内部的裂隙统计学特性等多种因素。
目前，研究人员主要采用数值模拟方法和实验方法来研究岩石裂缝扩展机理。
一、数值模拟方法数值模拟方法是目前应用最广泛的研究岩石裂缝扩展机理的方法。
数值模拟的优点是能够模拟各种复杂的岩石载荷状态和裂隙网络结构，为工程应用提供了极大的便利。
目前，数值模拟主要有以下几种方法。
1. 非连续元素法非连续元素法是目前应用比较广泛的一种数值模拟方法。
该方法以裂缝为界面，将岩石分为不同的单元，计算裂缝接触压力和张力状态。
非连续元素法能够模拟岩石的破碎、裂缝扩展和变形等过程，能够对岩石在不同载荷下的变形、破坏及破碎过程进行模拟。
2. 离散元素法离散元素法是一种应用于固体力学和岩土工程力学领域的数值模拟方法。
该方法能够模拟岩石断裂的萌发和扩张过程，对岩石的整体性能进行研究。
离散元素法的优点是能够考虑岩石内部的微观结构特征，并仿真岩石破坏的全过程。
3. 有限元素法有限元素法是一种通用的数值分析方法，广泛应用于各个工程领域。
有限元素法是以岩石物理力学基本方程为基础，以弹性理论、塑性理论等力学理论为基础，从子区域下手，将岩石体划分为有限的单元，在整个体系中推导出各个关键量的解析解。
该方法可计算应力、力、位移、位移梯度、应变与应变率等多种参数，并能够模拟岩石在不同应力状态下的破裂和断裂。
二、实验方法实验方法是研究岩石裂缝扩展机理的重要方法之一。
实验方法可以通过模拟不同的岩石载荷状态和裂隙结构，观察岩石的裂缝萌发和扩展变化及其破坏过程。
目前，研究中主要采用以下几种实验方法。
裂隙岩体三维裂纹动态扩展规律与破断机制引言：裂隙岩体是由于地壳应力作用而形成的具有一定规模的裂隙网络结构的岩体。
在地质学和工程力学领域中，研究裂隙岩体的力学特性及其裂纹动态扩展规律和破断机制对于岩体工程稳定性评价和设计具有重要意义。
一、裂隙岩体动态扩展规律1.裂纹扩展方式裂隙岩体的裂纹扩展一般分为两种方式，即开裂和滑移。
开裂是指在岩体中形成新的裂隙，滑移是指已存在的裂隙在应力作用下进一步发展。
裂纹扩展方式的选择与岩体的物理力学性质、应力状态、裂隙网络结构及裂隙面间的摩擦特性等因素有关。
2.裂纹扩展速率裂纹的扩展速率是裂隙岩体动态扩展规律的关键参数之一。
裂纹扩展速率与岩体的物理力学性质、裂纹面间的摩擦特性、裂隙网络结构、应力状态及裂隙的初始尺寸等因素有关。
一般情况下，裂纹扩展速率随着应力的增大而增大，并且在达到一定应力门槛值后迅速增加。
3.裂纹扩展路径裂隙岩体中的裂纹扩展路径主要取决于裂隙面间的摩擦特性和岩石的物理力学性质。
当裂隙面之间的摩擦力较大时，裂纹倾向于沿着裂隙面的平行或近平行方向扩展；而当摩擦力较小时，裂纹则倾向于以更大的角度穿过裂隙面。
二、裂隙岩体破断机制1.裂隙岩体破断类型裂隙岩体的破断类型主要包括剪切破断、拉伸破断和剪拉混合破断。
其中，剪切破断是指裂隙面间的剪切应力达到破断强度引起岩体的破裂；拉伸破断是指岩体中的裂隙在张拉应力的作用下发展至破断；剪拉混合破断是指裂隙面间的剪切应力和张拉应力共同作用下导致岩体的破断。
2.破断强度破断强度是指岩石材料在破断前所能承受的最大应力。
裂隙岩体的破断强度与岩石的物理力学性质、裂隙网络结构、裂隙面间的摩擦特性及应力状态等因素有关。
一般情况下，破断强度随着裂隙密度的增加而减小，并且在达到一定裂隙密度后迅速减小。
3.破断模式裂隙岩体的破断模式主要取决于裂隙面间的摩擦特性、裂隙的分布和岩体的应力状态等因素。
常见的破断模式包括剪切破裂、拉伸破裂和剪拉混合破裂等。
岩石破裂与断裂特征的实验研究岩石破裂与断裂特征一直是地质领域研究的重要课题之一。
通过对岩石破裂现象的实验研究，可以深入了解岩石在不同载荷下的应力分布、应力释放方式以及断裂过程中的介质变形等各个方面，为地质灾害预测、资源勘探与工程建设提供重要的理论依据。
本文将通过实验的方式探讨岩石破裂的机理及其断裂特征，并对实验结果进行详细分析和讨论。
实验材料与方法在进行岩石破裂实验之前，我们首先需要准备实验所需的材料和仪器设备。
对于岩石破裂实验而言，常用的材料有花岗岩、石灰岩、砂岩等。
根据实验需求，选择合适的岩石样本，并进行精细的制备和标定。
实验中使用的仪器设备包括应力-应变测量仪、压力仪、扫描电镜等。
应力-应变测量仪用于测量岩石在加载过程中的应力变化，压力仪可用于监测岩石内部的压力情况，扫描电镜用于观察岩石的断裂表面形貌。
实验设计与结果分析根据实验的目的和要求，我们可以设计不同类型的岩石破裂实验。
比如，可以通过加载单轴压缩实验来模拟地壳中的应力状态，观察岩石的变形过程和破裂特征；也可以进行剪切实验来研究岩石的剪切断裂机制。
以单轴压缩实验为例，实验开始时，将岩石样本放置在实验装置中，并施加垂直于样本轴向的加载力。
在加载的过程中，使用应力-应变测量仪记录岩石的应力变化情况，并及时观察和记录岩石的断裂特征。
实验结果显示，在加载初期，岩石的应力随加载力的增加而线性增加。
随着加载力的进一步增加，岩石出现了应力峰值，此时岩石发生了微细的裂纹形成。
当加载力继续增加时，岩石开始发生明显的破坏，断裂面逐渐扩展，最终导致岩石的断裂和破碎。
扫描电镜的观察结果显示，岩石的断裂面呈现出不规则的形态，具有明显的破碎纹理。
讨论与结论通过对岩石破裂实验结果的分析和讨论，我们可以得出一些初步的结论。
首先，在岩石单轴压缩实验中，岩石在加载初期表现出线性的应力-应变关系；当加载力继续增加时，岩石出现应力峰值，断裂面开始扩展，最终导致岩石的破裂和破碎。
岩石动态碎裂机理及其影响因素的实验研究与模拟岩石动态碎裂机理及其影响因素一直是地质学和岩石力学领域的研究热点。
岩石碎裂是岩体在应力作用下发生破坏、断裂、产生裂隙的过程。
了解岩石碎裂机理及其影响因素对于预测地质灾害、工程设计和资源勘探等具有重要意义。
本文将探讨岩石动态碎裂的机理，并分析影响因素的实验研究和模拟方法。
一、岩石动态碎裂机理岩石动态碎裂机理是指在外部作用力的作用下，岩石内部发生断裂和破碎的形成机制。
这一机理主要包括应力集中、裂纹扩展和断裂破坏等过程。
1. 应力集中：外部作用力使岩石内部应力集中，当应力达到一定程度时，岩石开始发生裂纹。
2. 裂纹扩展：随着外部应力的继续作用，岩石内部的裂纹逐渐扩展，从微观尺度到宏观尺度，形成大片的破碎区域。
3. 断裂破坏：当裂纹扩展到一定程度时，岩石会发生断裂破坏，形成明显的断层面和碎裂细胞。
二、影响因素的实验研究方法影响岩石动态碎裂的因素主要包括岩石性质、应力状态、加载速率等。
为了研究这些影响因素，科学家运用了多种实验方法。
1. 静态实验：通过对岩石样本进行静态加载试验，可以研究不同应力状态下岩石的破坏特性。
这种实验方法适用于研究岩石的基本力学性质和破坏模式。
2. 动态实验：动态加载试验是模拟岩石在地震、爆破等动态载荷下的破坏过程。
这种实验方法能够更准确地模拟实际工程中的动态载荷，研究岩石的瞬变响应和破坏机制。
3. 数值模拟：除了实验方法，数值模拟也是研究岩石动态碎裂的重要手段。
通过建立适当的岩石模型和加载条件，可以模拟不同条件下岩石的破坏过程，并进一步分析各种影响因素的作用机制。
三、影响因素的研究与模拟分析1. 岩石性质：岩石的物理力学性质对其动态碎裂特性具有重要影响。
研究者可以通过实验测量和数值模拟来确定不同岩石类型的力学参数，并进一步分析其与碎裂机理的关系。
2. 应力状态：应力状态是影响岩石碎裂的重要因素之一。
实验可以通过改变加载方向和大小来模拟不同的应力状态，进而研究其对岩石破坏过程的影响。
裂隙岩体三维裂纹动态扩展规律与破断机制裂隙岩体是指岩石中存在一定数量的裂隙和裂纹的岩体。
裂隙岩体的裂纹动态扩展规律以及破断机制对于岩石力学和岩体工程等领域具有重要意义。
本文将从三维裂纹动态扩展规律和破断机制两个方面进行探讨。
首先，三维裂纹动态扩展规律描述了裂纹在裂隙岩体中的扩展过程。
在裂隙岩体中，裂纹通常以三维的方式呈现，其扩展规律受到多个因素的影响。
一是裂纹的长度和宽度。
裂纹的长度和宽度决定了裂纹的扩展速率和路径，较短的裂纹会更快地扩展，而宽度较小的裂纹会更容易被封闭。
二是裂纹的初始状态。
裂纹的初始状态包括裂纹的形状、位置和方向等，这些因素决定了裂纹扩展的路径和方向。
三是应力场的作用。
应力场会对裂纹的扩展产生影响，高应力区域会促使裂纹扩展，而低应力区域则可能阻止裂纹的扩展。
四是岩石的力学性质。
不同类型的岩石具有不同的力学性质，这些性质将影响裂纹的扩展速率和路径。
其次，裂隙岩体的破断机制是指岩石中裂纹扩展至破断的过程。
岩石的破断机制受到多个因素的综合作用。
一是裂纹间的相互作用。
裂纹之间的相互作用会导致能量聚集和释放，进而影响裂纹的扩展速率和路径。
裂纹的相互作用可以是强化的，使裂纹扩展更快；也可以是相互抑制的，使裂纹扩展受到限制。
二是局部损伤效应。
当裂纹扩展到岩体内部时，局部损伤效应会导致岩石的局部破碎和变形，从而影响裂纹的扩展。
岩石的局部损伤效应可能表现为局部剪切带的形成和扩展，也可能表现为局部应力集中和局部破坏。
三是应力释放效应。
当裂纹扩展至岩体表面时，应力释放效应会导致岩石的破碎，形成破坏带。
应力释放效应可以通过裂纹的扩展模式和扩展速率来描述。
综上所述，裂隙岩体的裂纹动态扩展规律和破断机制是岩石力学和岩体工程领域的重要研究内容。
深入理解裂纹在裂隙岩体中的扩展规律和破断机制，对于岩石力学参数的确定、岩体工程的设计和施工以及岩爆灾害的预测和防治具有重要意义。
未来的研究应该更加关注裂纹扩展的动态过程和不同类型岩石的破断机制，以提高对裂隙岩体的认识和应用。
第25卷第3期岩石力学与工程学报V ol.25 No.3 2006年3月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering March，2006 岩石裂纹扩展过程的动态监测研究刘冬梅1，2，蔡美峰1，周玉斌3，陈志勇3(1. 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083；2. 浙江理工大学建筑工程学院，浙江杭州 310018；3. 江西理工大学，江西赣州 341000)摘要：利用实时全息干涉法、高分辨率数字摄像机与计算机图像处理系统相链接的三位一体化测量系统，连续动态观测了单轴受压砂岩、花岗岩和压剪受荷砂岩试样裂纹扩展与变形破坏过程；基于动态干涉条纹的定量分析，描述了岩石微裂纹孕育起裂、扩展与闭合的动态交替演化过程，计算了岩石裂纹扩展速度与蠕变扩展速率和裂纹面的扩展变形量与蠕变变形量，实现了岩石内部I型、I–II复合型、I–II–III复合型裂纹力学性状动态演变的有效判识。
关键词：岩石力学；岩石变形；裂纹扩展；裂纹闭合；动态监测；实时全息条纹图中图分类号：TU 452；TD 313 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)03–0467–06 DYNAMIC MONITORING ON DEVELOPING PROCESS OFROCK CRACKSLIU Dong-mei1，2，CAI Mei-feng1，ZHOU Yu-bin3，CHEN Zhi-yong3(1.School of Civil and Environment Engineering，University of Science and Technology of Beijing，Beijing100083，China；2. College of Civil Engineering and Architecture，Zhejiang Sci-Tech University，Hangzhou，Zhejiang310018，China；3. Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou，Jiangxi341000，China)Abstract：An integrated measuring system of real-time holographic interferometry layout linked charge coupled device(CCD) camera and computer graph process is experimentally used to continuously test and record the dynamic process of cracks growth and closure emerged in the whole stages of rock deformation and fracture on sand and granite specimens under unaxial compression and compressive-shear loading，respectively. The active interference fringe patterns captured from the holograms can reappear the development behaviour of rock cracks. Based on the fringes′ quantitative analysis and its calculation，the initiation and propagation of rock cracks as well as its growth and closure in different loading states are directly shown. And the spreading velocity and reformative quantity of rock cracks resulted from cracks growth or closure are given. In addition，the velocity of cracks creep extension and the quantity of cracks creep deformation are obtained. The movement of active fringes in space and time expounds the distribution of rock deformation field. Consequently，the mechanical types of rock cracks can be distinguished effectively. Mode I crack perhaps keeps unchangeable or progressively transforms into mixed mode I–II or I–II–III crack under the different loading conditions，and crack modes are also varied with the evoluation and interaction of rock cracks，and the local deformation and inhomogeneous distributions of stress field become more intense in turn，which induces cracks growth and closure once again or secondary crack收稿日期：2004–10–20；修回日期：2005–03–29基金项目：国家自然科学基金资助项目(50164004)作者简介：刘冬梅(1964–)，女，1985年毕业于淮南矿业学院地质工程专业，现任教授、博士研究生,主要从事岩石力学与工程方面的教学与研究工• 468 • 岩石力学与工程学报 2006年propagation. Actually the process of rock deformation and failure is the process of types alternation of rock crack in mechanics.Key words：rock mechanics；rock deformation；crack growth；crack closure；dynamic monitorry；active fringe pattern1 引言岩石内部微裂纹的孕育、扩展是影响岩石宏观变形破坏的主要细观力学因素。
第28卷 第4期 岩 土 工 程 学 报 Vol.28 No.4 2006年 4月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Apr., 2006 爆生气体驱动岩石裂缝动态扩展分析李 宁1，陈莉静1，张 平2（1. 西安理工大学岩土工程研究所，陕西 西安 710048；2. 湖南大学岩土工程研究所，湖南 长沙 410082）摘 要：爆燃产生的气体压力以脉冲荷载形式随裂缝扩展作用于裂缝表面，不仅使裂缝壁岩体产生动态响应，而且爆生气体随裂缝扩展而发生动态变化，进而对岩体的劈裂过程产生耦合影响，这一机理的数值仿真分析尚未见报道。
模型中用特殊的裂缝单元模拟裂缝张开和闭合，用Newmark法求解反映接触问题的动态有限元方程，并采用与时间相关的爆生气体压力分布模型，模拟爆生气体驱动下裂缝扩展过程。
分析结果指出：①爆生气体在压裂过程中起主要作用，弹性应力波的劈裂作用范围很小；②地应力值越大起裂越晚，且裂缝扩展速度越小；③初始裂缝越长裂缝起裂越早，裂缝扩展速度也越大；④钻井中气体升压越快起裂相对时刻越晚，但对裂缝扩展速度没有明显影响。
而裂缝起裂时刻越早以及裂缝扩展速度越快，可以得到更长的裂缝长度。
关键词：爆生气体；裂缝扩展；动态响应；油井压裂中图分类号：TU45 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2006)04–0460–04作者简介：李 宁(1959– )，男，教授，博士生导师，主要岩体动力学、冻土力学及岩土工程数值仿真分析等方面的教学与研究工作。
Dynamic analysis for fracturing progress by detonation gasLI Ning1，CHEN Li-jing1，ZHANG Ping2(1. Geotechnical Engineering Institute, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China; 2. Geotechnical Engineering Institute ofHunan University, Changsha 410082, China)Abstract：When detonation gas pressure acts on crack surface of an oil well, the surrounding rock is subjected to dynamic response, and gas pressure varies with fracturing process, then the fracturing process is influenced by gas pressure variation.Special crack element was used in the proposed model to simulate the opening and closing process of crack. Such a dynamic FEM equation involving contact problem was solved by Newmark method, and the proposed gas distribution function was also considered. The numerical result shows: ①detonation gas had a major role in the fracturing rock comparing with elastic stress wave; ②crack growth velocity was smaller as the initial tectonic stress was greater; ③crack growth velocity was lager as the initial crack length was longer; ④crack initiated relatively later as pressure rose fast, which meant a slowly rising gas pressure would produce a longer crack.Key words：detonation gas; fracturing progress; dynamic response; oil well crack0 前 言复合射孔二次爆燃产生气体，对油井壁岩石劈裂产生裂缝以增加渗油量的方法，近年有了较快发展。
裂隙岩体三维裂纹动态扩展规律与破断机制裂隙岩体是指在地壳中由于构造运动或热胀冷缩等原因而产生裂隙的岩体。
裂隙岩体的三维裂纹动态扩展规律与破断机制是岩体力学研究的重要课题之一。
本文将从裂隙形成机制、裂纹传播过程以及控制因素等方面，论述裂隙岩体三维裂纹动态扩展规律与破断机制。
首先，裂隙形成机制对于裂纹的动态扩展具有重要影响。
裂隙的形成可以归因于应力场的改变、岩层的压实或膨胀、矿物的溶解沉淀等因素。
当应力场的改变超过岩石的承受能力时，裂隙就会形成。
此时，裂隙的初始长度、宽度和方向等特征对于裂纹的扩展路径和速率具有重要影响。
其次，裂纹传播过程是裂隙岩体三维裂纹动态扩展的关键环节。
裂纹传播可以分为弹性扩展和非弹性扩展两个阶段。
在弹性阶段，裂纹沿着岩体内部的锐利界面扩展，裂纹尖端周围的应力集中导致能量集聚，使得裂纹继续扩展。
在非弹性阶段，裂纹通过断裂面的滑动或剪切传导，岩体的变形不再是完全弹性的，而是包括弹性变形和塑性变形两部分。
最后，裂隙岩体三维裂纹动态扩展的破断机制受到多个因素的综合影响。
首先是力学因素，包括应力条件、岩石力学性质以及岩体结构等因素。
应力条件是影响裂纹扩展的主要因素之一，它决定了裂纹的传播方向和速率。
岩石的力学性质包括弹性模量、抗拉强度、黏聚力和内摩擦角等参数，它们决定了岩石的抗裂性能和断裂特征。
岩体结构对于裂纹传播具有明显影响，包括层理面、节理面、断层面等。
其次是岩石物理性质，包括岩石的渗流性、热传导性、磁性等因素。
这些物理性质会改变岩石的应力分布和力学响应，从而影响裂纹的扩展机制。
最后是环境因素，包括温度、湿度、化学物质的作用等。
温度和湿度的变化会引起岩石的热胀冷缩和水化膨胀收缩，进而影响裂纹的扩展。
总结起来，裂隙岩体三维裂纹动态扩展规律与破断机制是一个复杂而庞大的研究领域，研究者需要结合多种技术手段和理论模型，如岩石力学实验、数值模拟和地质观察等，来揭示裂隙岩体裂纹的形成和演化过程。
裂纹扩展机理及监测方法研究裂纹是材料中普遍存在的缺陷，其扩展对结构的强度和可靠性造成了重要影响。
因此，研究裂纹扩展机理及有效的监测方法对于预防事故的发生以及提高结构的安全性具有重要意义。
一、裂纹扩展机理研究1. 裂纹的形成和扩展是材料中因力的作用产生的应力集中的结果。
裂纹的扩展过程中存在三个阶段。
- 起始阶段：当外部施加应力大于材料的断裂强度时，裂纹开始形成。
起初，裂纹的扩展速率非常缓慢，裂纹尖端周围的应力集中导致该区域的强度降低，容易发生塑性变形。
- 稳定扩展阶段：裂纹的扩展速率逐渐增加，裂纹尖端周围的应力集中导致材料出现微小的塑性区域。
该阶段裂纹扩展速率基本稳定，但仍有可能发生暴裂断裂。
- 加速扩展阶段：裂纹扩展速率急剧增加，材料的塑性变形能力已经极限，无法承受更大的应力集中。
此时裂纹的扩展速率呈指数增长，导致材料的损伤扩展快速发展，最终导致断裂。
2. 裂纹扩展机理主要与材料的微结构和物理力学性质有关。
- 微结构影响：晶体结构的孪生、晶界、缺陷等对裂纹的扩展起到重要的影响。
晶界对裂纹的路径选择和扩展速率有很大的影响，而缺陷会促使裂纹的形成和扩展。
- 物理力学性质：材料的弹性模量、断裂韧性、塑性变形能力等都会影响裂纹扩展的速率和路径。
在材料的加载过程中，力学应力的分布会导致材料表面的裂纹扩展，而断裂韧性则决定着材料对裂纹扩展的抵抗能力。
二、裂纹监测方法研究裂纹的监测对于结构的安全性评估和预警至关重要。
以下介绍几种常用的裂纹监测方法。
1. 光纤光栅传感器光纤光栅传感器是一种基于光纤光栅的传感技术，可以实时监测裂纹的形成和扩展。
通过测量光纤光栅的光学特性变化来获得裂纹的信息。
这种监测方法具有高灵敏度、实时性强、能够监测大范围的优势。
此外，光纤光栅传感器可直接安装在结构上，无需对结构进行破坏性改造。
2. 超声波无损检测超声波无损检测是一种通过声波在材料中的传播特性来检测材料缺陷的方法。
利用超声波的反射、折射和散射等特性，可以获取裂纹的位置、大小和形状等信息。
基于裂纹扩展能量平衡的花岗岩动态本构模型研究摘要本文滑移型裂纹模型并基于裂纹扩展过程中的能量平衡原理，建立了花岗岩材料的动态本构模型。
结果表明，模型结果与实验结果符合得比较好。
本文还进一步裂纹扩展引起的非线性应变特征。
结果表明，在裂纹的扩展过程中，由于裂纹扩展引起的非线性应变对侧向应变的比轴向应变大，初始裂纹的滑移在花岗岩材料的非线性应变的贡献不能忽略。
关键词裂纹扩展能量平衡花岗岩动态本构Study on constitutive relation of rock under dynamic compression based on energy balance during crack growth* Abstract: Based on the sliding crack model and energy balance during crack growth, the dynamic constitutiverelation of rock under different strain rates is established. It is shown that the simulation results agree with the experimental results. properties of the no-elastic strain caused by the growth to the total strain are also studied. It is indicated that theno-elastic axial strain caused by the crack growth is larger than that of lateral strain. In addition, the contribution of the no-elastic strain caused by the initial crack’s sliding cannot be ignored. Keywords: Crack growth Energy balance Granite Dynamic constitutive relation 一、前言岩石的动态本构模型是岩体结构在动载荷作用下响应的基本参数。
第25卷第3期岩石力学与工程学报V ol.25 No.3 2006年3月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering March，2006 岩石裂纹扩展过程的动态监测研究刘冬梅1，2，蔡美峰1，周玉斌3，陈志勇3(1. 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083；2. 浙江理工大学建筑工程学院，浙江杭州 310018；3. 江西理工大学，江西赣州 341000)摘要：利用实时全息干涉法、高分辨率数字摄像机与计算机图像处理系统相链接的三位一体化测量系统，连续动态观测了单轴受压砂岩、花岗岩和压剪受荷砂岩试样裂纹扩展与变形破坏过程；基于动态干涉条纹的定量分析，描述了岩石微裂纹孕育起裂、扩展与闭合的动态交替演化过程，计算了岩石裂纹扩展速度与蠕变扩展速率和裂纹面的扩展变形量与蠕变变形量，实现了岩石内部I型、I–II复合型、I–II–III复合型裂纹力学性状动态演变的有效判识。
关键词：岩石力学；岩石变形；裂纹扩展；裂纹闭合；动态监测；实时全息条纹图中图分类号：TU 452；TD 313 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)03–0467–06 DYNAMIC MONITORING ON DEVELOPING PROCESS OFROCK CRACKSLIU Dong-mei1，2，CAI Mei-feng1，ZHOU Yu-bin3，CHEN Zhi-yong3(1.School of Civil and Environment Engineering，University of Science and Technology of Beijing，Beijing100083，China；2. College of Civil Engineering and Architecture，Zhejiang Sci-Tech University，Hangzhou，Zhejiang310018，China；3. Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou，Jiangxi341000，China)Abstract：An integrated measuring system of real-time holographic interferometry layout linked charge coupled device(CCD) camera and computer graph process is experimentally used to continuously test and record the dynamic process of cracks growth and closure emerged in the whole stages of rock deformation and fracture on sand and granite specimens under unaxial compression and compressive-shear loading，respectively. The active interference fringe patterns captured from the holograms can reappear the development behaviour of rock cracks. Based on the fringes′ quantitative analysis and its calculation，the initiation and propagation of rock cracks as well as its growth and closure in different loading states are directly shown. And the spreading velocity and reformative quantity of rock cracks resulted from cracks growth or closure are given. In addition，the velocity of cracks creep extension and the quantity of cracks creep deformation are obtained. The movement of active fringes in space and time expounds the distribution of rock deformation field. Consequently，the mechanical types of rock cracks can be distinguished effectively. Mode I crack perhaps keeps unchangeable or progressively transforms into mixed mode I–II or I–II–III crack under the different loading conditions，and crack modes are also varied with the evoluation and interaction of rock cracks，and the local deformation and inhomogeneous distributions of stress field become more intense in turn，which induces cracks growth and closure once again or secondary crack收稿日期：2004–10–20；修回日期：2005–03–29基金项目：国家自然科学基金资助项目(50164004)作者简介：刘冬梅(1964–)，女，1985年毕业于淮南矿业学院地质工程专业，现任教授、博士研究生,主要从事岩石力学与工程方面的教学与研究工• 468 • 岩石力学与工程学报 2006年propagation. Actually the process of rock deformation and failure is the process of types alternation of rock crack in mechanics.Key words：rock mechanics；rock deformation；crack growth；crack closure；dynamic monitorry；active fringe pattern1 引言岩石内部微裂纹的孕育、扩展是影响岩石宏观变形破坏的主要细观力学因素。
岩石裂纹扩展过程的观测研究对岩石裂纹模型与本构关系的建立和岩石变形断裂机制与岩石工程稳定性评价都具有重要意义。
自20世纪60年代起，人们已开始研究岩石裂纹扩展过程，随后光学显微观测法在岩石裂纹研究中得到应用[1]。
迄今，一些近代物理和试验力学方法也被应用于岩石细观试验测量中[2～9]。
但是，由于岩石组成、结构与受荷环境的复杂性以及试验方法的暂时局限性，目前关于岩石裂纹扩展过程的直观认识还远不够。
为此，探索更有效的试验观测方法、实现岩石裂纹扩展过程的连续动态追踪依然是业界关注的问题之一。
实时全息干涉法具有高精度、高灵敏度、非接触式全场连续计量等优势，它是物体表面微小变形测量的有效手段之一，特别是数字图像技术的快速发展为全息光学图像实时采集处理与定量计算提供了良好平台。
由于受力岩石内部裂纹的扩展与闭合会引发表面非均匀变形，在岩石表面动态全息干涉条纹图中则表现为条纹类型和运动速度的剧变，因此，解析干涉条纹畸变过程能够有效判识裂纹的动态演化特征。
再者，板状岩石试样的表面裂纹能够很好地代表试样内部的开裂状况[10]。
因此，本文利用实时全息干涉法分别连续、动态地监测了单轴和压剪荷载作用下岩石裂纹的扩展、变形过程，基于对动态干涉条纹的定量分析，获得了与岩石裂纹动态演化过程有关的若干力学参量。
2 试验测量原理与步骤岩石实时全息干涉法的测量原理是采用连续波激光器作光源，用全息干版作记录介质，以动态干涉条纹形式记录岩石表面不同状态的变形。
在干涉光路系统[11]中，连续改变岩石的应力状态，使岩石产生微小变形，干涉条纹也随之改变。
因此，岩石实时全息干版法测量是通过连续逐级改变岩石试样的应力值，借助高分辨率CCD摄像机和计算机系统，透过全息干版捕获、处理试样表面的连续动态干涉条纹图，试验测量系统如图1所示。
条纹的动态变化表征加载过程中岩石变形和裂纹扩展状态。
在通常情况下，由试件刚体运动或整体位移引起的叠加条纹会干扰条纹的有效判识，因此，加载框架的刚度是实现岩石全息干涉测量的重要条件之一。
此外，干涉条纹的对比度也是影响图像识别与计算的重要因素，它受参物光强比、参考光入射角度、记录介质的曝光与显影定影过程等因素的显著影响。
为了获取高质量的全息图，必须确保上述各参量处于试验测量最优状态。
图1 岩石裂纹扩展变形过程测量系统示意图Fig.1 Scheme for experimental system of rock macro- deformation measurement linked real-timeholographic interferometry layout and chargecoupled device(CCD) camera岩石实时全息干涉的试验测量步骤如图2所示。
根据全息干涉原理，如果不同应力状态之间岩石变形太大，则全息图再现的干涉条纹太密，目视无法分辨，即等于没有产生干涉条纹；反之，则干涉条纹太稀，若少于一根条纹，则无法准确测量。
鉴于岩石裂纹扩展与变形破坏过程的累计总变形量都超出了全息干涉法要求的几个到几十个波长范围，因此，岩石受荷变形破坏过程的测量采用多块干版连续分段记录的方法。
岩石试样尺寸为50 mm×40 mm×20 mm的标准长方体，条纹观测面尺寸为50 mm×40 mm，轴向受压和水平剪压面尺寸分别为40 mm×20 mm和50 mm×20 mm。
3 试验结果讨论试验测量所获动态干涉条纹的形式与时空变化第25卷 第3期 刘冬梅等. 岩石裂纹扩展过程的动态监测研究 • 469 •图2 岩石实时全息干涉试验测量步骤流程图 Fig.2 Measuring procedures of real-time holographicinterferometry experiment on rocks特征反映了岩石试样表面的形变或位移大小与方向，因此，岩石动态条纹的判释与计量是获取结果的关键。
