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1引言高速摄影技术作为一种无需直接测量的研究手段，现已广泛应用于科研试验中，由于炸药爆炸是一个短暂瞬时、无法用肉眼观测到的过程，要想对此次爆破过程有清楚直观的认识，高速摄影技术无疑是首选的研究手段。
就爆破领域而言，学者司剑峰等[1]对素混凝土模型进行模型试验研究，通过高速摄影拍摄模型破碎过程，所拍摄图片应用MATLAB 平台进行识别，以此来确定炮孔间最佳延期时间；杜博军等[2]应用高速摄影仪数据采集及视觉测量解算轨迹的方法得到爆破作用下静爆破片的速度衰减系数；李祥龙等[3]利用高速摄影仪拍摄球形药包作用下爆破漏斗自由面鼓包运动轨迹，得到鼓包运动轮廓、表面中心位移以及速度分布；何理等[4]应用高速摄影仪及超动态应变仪对毫秒延期爆破进行检测，以此得出台阶自由面裂纹扩展规律、延期时间对边坡表面应力峰值、内部应力场叠加的影响大小；李清等[5]为解决三维模型爆破试验中装药结构问题，采用高速摄影仪和超动态应变仪研究模拟台阶爆破的水泥砂浆模型破裂过程；Wu Liwei 等[6]利用高速摄影仪拍摄爆破荷载作用下夹层玻璃破碎的全过程速度变化；Radzuan 等[7]通过三维数字图像相关技术和高速摄影相结合的研究手段研究爆破荷载状态下不同曲率半径碳纤维复合材料板的动态响应。
故本文应用高速摄影技术对爆破过程中模型实验中模拟矿体、胶结充填体的裂纹扩展进行观测并加以分析。
2模型制作2.1模具制作本次模型试验的模具设计为长2m 、宽0.4m 、高度0.4m 的长方体，针对性制作2个大型模具，模具内部用于盛放胶结充填体。
其中模具相同，其设计图、实物分别如图1、图2所示。
图1模具设计图图2模具实物图2.2材料砂浆选择充填材料配比以矿山现有配比为基础，试验采用100kg/m 3配比，试验采场强度和模型试验中充填体强度一致，具体参数如表1所示。
表1模型试验充填体配比表3试验药量选择对于胶结充填体爆破药量选择的原则：炸药爆炸后胶结充填体上裂纹未贯穿；故本文选取强度为0.45MPa 的胶结充填体（水泥添加量为100kg/m 3）进行药量测试实验，实验选取1枚导爆管雷管（装药为梯恩梯TNT ）约为1.07g 梯恩梯当量，5cm 导爆索（装药为黑索金RDX ）该导爆索每米装药量装药密度约为10.5g ，查阅相关文献[8]黑索金RDX 的爆力值ARDX 为480mL ，梯恩梯TNT 爆力值ATNT 为285mL ，某矿山爆破作业所使用岩石乳化炸药的爆力值AE 为320mL ，换【作者简介】喻圆圆（1987-），男，湖北襄阳人，工程师，从事爆破工程研究。
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。
直接拉伸下裂隙岩体裂纹扩展及力学特性研究发布时间：2021-09-23T07:22:56.027Z 来源：《城镇建设》2021年13期（上）作者：王显军，皮崧柏[导读] 岩石的抗拉强度是建立岩石强度判据的重要参数，对岩土工程稳定性评价至关重要。
王显军，皮崧柏贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州贵阳 550081摘要岩石的抗拉强度是建立岩石强度判据的重要参数，对岩土工程稳定性评价至关重要。
基于颗粒流方法模拟岩石试样的直接拉伸试验，研究预制裂隙和岩桥倾角对裂纹扩展贯通模式及岩体力学特征的影响。
结果表明：直接拉伸作用下，岩体的破坏主要是次生翼裂纹的扩展贯通造成，裂纹的扩展方向几乎垂直于拉伸应力方向，且与预制裂隙倾角无关，预制裂隙和岩桥倾角的增加在一定程度上抑制次生翼裂纹扩展；拉伸作用下的全应力-应变曲线大致可分为线弹性拉伸阶段、裂纹不稳定扩展阶段和峰值及裂隙贯通阶段，峰值拉伸强度、初裂强度、拉伸模量和极限应变均随着裂隙倾角的增加而增加，岩桥倾角对于岩体拉伸力学特性也有一定程度影响。
关键词裂隙岩体颗粒流岩桥拉伸强度裂纹扩展中图分类号 P642.22；文献标志码 A1 引言在岩土工程中，尤其是水电工程、能源开采与储备以及核废料处置等前沿工程领域，由张拉应力引起岩体内部裂纹扩展贯通导致其发生宏观破坏的问题日益突出，如：大坝坝基的水平裂缝和洞室围岩的平行裂缝都是由张拉破坏导致的[1]。
岩石抗拉强度作为基本力学性质参数之一，是建立岩石强度判据重要参数，岩石的抗拉强度往往只有抗压强度1/10~1/30[2]，因此，工程岩体极易在张拉应力或拉剪应力状态下发生拉破坏。
目前，岩石抗拉强度测量的方法主要有两种，许多学者利用巴西劈裂试验对岩石抗拉强度理论进行了发展和完善[3-5]。
但是越来越多的研究指出，巴西劈裂试验加载时，一方面，岩石试件应力状态较复杂，并非处于单纯的拉应力状态下，其结果必然纯在一定误差[6]；另一方面，巴西劈裂试验无法获取拉应力作用下岩石试件的全应力-应变曲线，无法了解岩石极限拉应变和拉伸变形破坏特征[7]。
爆破动载作用下岩体裂纹扩展规律及巷道稳定性研究近年来,随着我国经济建设的持续发展,采矿工程及其它岩土工程的规模不断扩大,爆破技术也被广泛地应用于矿山开采、巷道开挖等工程领域之中,但是爆破技术在为工程带来便利的同时也给工程的稳定性和安全性带来了隐患,爆破动载下的岩体破坏和岩体稳定性问题越来越受到重视。
因此,研究爆破动载对岩石裂纹扩展及巷道稳定性具有重要的现实意义和理论价值。
首先,论文针对爆破动载下各因素对岩石裂纹扩展的影响不同,基于正交试验设计方法,选取初始裂纹长度、裂纹倾角、裂纹数量、爆破动载和弹性模量、泊松比、密度共七个影响因素为主控因素,设计了18个不同的数值计算方案。
通过不同方案下岩石裂纹扩展长度和声发射次数正交方差分析,发现爆破动载大小对岩石裂纹扩展影响最大,其次是裂纹倾角、裂纹长度,最后是裂纹数量;同时,岩石力学参数对裂纹扩展也有一定影响,其中弹性模量对岩石裂纹扩展影响最大,而其它因素影响较小。
然后,基于Griffith能量释放理论,建立了爆破动载下岩体裂纹扩展计算模型,研究了装药量、爆心距和弹性模量对岩体裂纹扩展的影响。
结果表明,装药量和弹性模量不变时,在爆心距100m范围以内,单次爆破下裂纹扩展长度随着爆心距的增加而快速降低;爆心距和弹性模量不变时,单次爆破作用下岩体裂纹扩展长度随着装药量的增加呈线性增加,且在装药量大于150KG时,同一爆心距下的裂纹扩展速度随装药量的呈迅速增大的趋势;装药量和爆心距不变时,当弹性模量小于60GPa,单次爆破下裂纹扩展长度随着弹性模量的增加而快速降低。
接着,利用RFPA软件对不同爆破参数下的岩体裂纹扩展进行数值分析,结果表明,当装药量为300KG时,在爆心距小于125m的范围以内,随着爆心距的增加,单次爆破下裂纹扩展长度快速降低;同时当弹性模量大于50GPa时,随着弹性模量的增加,单次爆破产生的裂纹扩展长度变化趋于平缓。
通过爆破动载下岩石裂纹扩展长度数值计算结果和理论计算结果对比分析,两种方法计算结果相对误差小于10.6%,表明建立的爆破动载下岩体裂纹扩展计算模型能够反映裂纹的形成和扩展。
岩石破裂与裂隙扩展的实验与数值模拟
岩石破裂和裂隙扩展是地质灾害中的常见问题，对于地震、岩溶、滑坡等地质灾害的研究具有重要意义。
为了更好地研究这些问题，科学家们进行了大量的实验和数值模拟。
在实验方面，科学家们通常采用岩石力学试验机进行研究。
通过施加不同的载荷和应力条件，观察岩石的破裂和裂隙扩展情况。
实验结果表明，岩石的破裂和裂隙扩展与岩石的物理性质、应力条件、载荷等因素密切相关。
例如，当岩石受到较大的压力时，容易出现裂隙扩展和破裂现象。
在数值模拟方面，科学家们通常采用有限元方法进行模拟。
通过建立岩石的数学模型，对岩石的应力、变形、破裂等情况进行计算。
数值模拟可以更加精细地探究岩石破裂和裂隙扩展的机理和规律，为地质灾害的预测和防治提供重要依据。
同时，科学家们也在不断探索新的实验方法和数值模拟技术，以提高研究的精度和可靠性。
例如，近年来出现的数字岩石技术可以更加真实地模拟岩石的物理性质和结构特征，为岩石破裂和裂隙扩展的研究提供了新的思路。
总之，岩石破裂和裂隙扩展是地质灾害中的重要问题，科学家们通过实验和数值模拟等手段进行研究，为地质灾害的预测和
防治提供了重要依据。
随着技术的不断进步，相信在未来会有更多更精确的方法用于探究这一领域的问题。
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。
基于DIC类岩石材料裂纹扩展试验与数值模拟研究基于DIC类岩石材料裂纹扩展试验与数值模拟研究摘要天然岩体本身含有很多原生的微裂纹及缺陷，而岩体的这些微裂纹及缺陷是一个含有多数量、多尺度、多种布置形式的裂纹共同存在并且所有微裂纹及缺陷之间相互影响的裂纹系统，这些裂纹之间彼此相互作用从而共同决定了岩体的强度以及损伤破坏机制。
本文以岩石当中的不同数量、不同尺寸及不同布置形式的裂纹系统为研究对象，利用类岩石材料物理试验、数字图像相关方法（DIC）和数值模拟试验相结合的手段详细研究了一种新型的类岩石材料中不同尺寸及布置形式的单裂纹、双裂纹的起裂及扩展规律，获得了裂纹倾角、裂纹数量以及裂纹尺寸、裂纹布置形式对裂纹的起裂、扩展以及双裂纹之间连接贯通的影响规律。
获得了裂纹倾角、裂纹数量、裂纹尺寸及裂纹布置形式与裂纹起裂强度之间关系，同时利用分形理论的网格法对类岩石裂纹系统的破坏程度进行描述，以分形维数为裂纹扩展程度的分析参量。
利用摄像机系统获得了试样表面全场三维位移场及应变，从细观角度量化了裂纹的起裂起裂点、扩展长度及扩展方向，结合宏观角度下对试样力学特性分析，是一种有效的研究岩体当中的原生裂纹系统稳定以及破坏形态的方法。
本文研究了不同数量、不同尺寸以及不同几何布置形式等条件下单轴加载过程裂纹的萌生、扩展、贯通的详细过程，并分析揭示了裂纹系统中裂纹的扩展演化及其对岩体力学强度的影响，来进一步为岩体工程的安全和设计提供微而有用的参考。
最后，进行FLAC3D数值模拟试验验证DIC方法的可靠性。
本文的主体结构如下：第一章：介绍了论文研究背景和研究意义，并对岩体裂纹系统裂纹扩展从理论研究、试验研究及数值分析三个方面的国内外发展现状进行了介绍，并就和数字图像相关方法理论原理以及数字图像相关方法在各个领域的应用进行概述。
第二章：试验设计，根据前人成果选择适当的岩石相似材料，并结合实际情况对材料配比进行调整；根据试验方案设计制作模具尺寸，并设计相应的裂纹布置方案（不同裂纹倾角、不同数量、不同裂纹尺寸、不同布置形式）；根据试验设计方案制备预制裂纹试样；根据试验研究内容和目的选用适合的加载设备（RMT-301岩石与混凝土力学试验系统）以及图像采集装置（非接触全场应变测量系统VIC-3D）。
砂岩在预制单裂隙情况下裂隙的扩展
一、研究的目的
本实验的目的是模拟砂岩试件在单轴压缩下不同角度（30°、45°、60°）的预制单裂隙的扩展情况以及计算砂岩试件破坏时的单轴抗压强度。
经过对众多数值模拟软件的了解，最终确定采用大连理工大学唐春安教授团队开发的数值软件RFPA进行裂隙扩展的模拟。
二、研究的步骤
（1）画出CAD图
三、实验数据
整个模拟过程采用位移加载方式，根据实际情况，定义模型为平面应变状态，共加载80~150步，每步增量Δs=0.001mm，初始位移为0.001mm。
共加载100步，加载速率为0.001mm/步。
预置单裂纹倾角拟为以下：0°、30°、45°、60°和90°，裂纹长度拟为10mm。
加载过程中假定岩石与裂纹的力学性质(单元的弹性及强度性质)均服从韦布尔分布φc（m，μ）其中参数为形状参数，反映岩石材料力学性质的均匀程度，m越大，表明岩石性质越均匀；μ是反映岩石材料平均性质的参数。
破坏准则采用摩尔-库伦准则。
表1 岩石试样力学参数表
弹模均值E0/MPa 粘聚力
σ/MPa
泊松比
均值
拉压比内摩擦角
/ °
最大拉应
变系数
最大压应
变系数
36000 6 0.2 10 55 1.5 200
表2 裂隙材料力学参数表
弹模均值E0/MPa 强度均值σ/MPa 均质度系数m 1200 4 100 岩石试样的力学性质与裂隙材料属性在弹性均值有所不同，试件的粘聚力为6MPa，裂隙的强度均值为4 MPa，假设
其他条件相同，进行计算。
