针对以上问题, 本文提出一种新的简单的判别方法, 基于塑性破坏规律, 采用作图判别的手段, 适用性强, 能够方便快速地判断破坏形态.
本试验采用岩石材料——红砂岩岩块进行加工.试件的三维尺寸为:长(L)×宽(W)×高(H)=80 mm×30 mm×160 mm, 采用高压水刀进行切割与预制裂纹、预制单孔.本试验中, 预制裂纹长度l=15 mm, 预制单孔半径r=6 mm; 包含3个参数, 分别为裂纹倾角α、岩桥倾角β、岩桥长度d(d＞r).
破坏模式包括:单向贯通破坏、同点双向贯通破坏、异点双向贯通破坏、独立破坏4种破坏模式.
模型共划分15 520个单元, 17 930个节点.数值模拟的过程中, 采用莫尔-库伦模型.模型的下边界施加法向位移约束, 其他边界自由, 试块顶面采用0.002 mm/步的速度加载.
当裂纹倾角发生变化时, 塑性区的规模范围、优势区域有所变化:当裂纹倾角α=0°时, y1, y2与f1, f2区域大小相当, 区域优势相当; 当0°＜α＜45°时, y1, y2比f1, f2区域大小更占优势; α＞45°时, f1, f2比y1, y2区域大小更占优势; 单孔y1, y2与f1, f2区域大小相当, 优势相当.
对于满足分布的点进行拟合, 得到：
对于单孔, 由预制单孔圆心分别向物理边界短边L、长边H作垂线h1, h′1, h2, h′2(h1≤h′1, h2≤h′2), 若满足h1≥2h2, 9.38 % ≤2r/2h2≤26.25 %, 则符适用于本判别方法; 对于裂纹, 预制裂纹中点分别向物理边界短边L、长边H作垂线h1, h′1, h2, h′2(h1≤h′1, h2≤h′2), 若满足h1≥2h2, 9.38 % ≤Dcosβ/2h2≤26.25 %, 则适用于本判别方法.
判别准则一:单孔(裂纹)与单孔(裂纹)只有塑性区相交才会发生有联系的破坏, 且占优势的区域相交比不占优势的区域相交更易发生破坏.
判别准则二:当塑性延展区的优势相当时, 离对方塑性核心区中点近的塑性延展区占优势; 当距离对方塑性核心区中点距离相当时, 认为离塑性核心区中点远的塑性延展区占优势.
判别准则三:单孔(裂纹)与单孔(裂纹)彼此至少有一个塑性延展区宽度范围完全进入(或接近完全进入)对方的塑性核心区, 才会发生贯通破坏.单孔(裂纹)与单孔(裂纹)的塑性延展区均不在对方塑性核心区中点两侧且塑性核心区相交(接近相交)时, 发生单向贯通破坏; 单孔(裂纹)与单孔(裂纹)的塑性延展区均在对方塑性核心区中点两侧且塑性核心区相交(接近相交)时, 离塑性核心区中点近的塑性延展区占优势时, 发生同点双向贯通破坏; 单孔(裂纹)与单孔(裂纹)的塑性延展区均在对方塑性核心区中点两侧且塑性核心区相交(接近相交)时, 离塑性核心区中点远的塑性延展区占优势时, 发生异点双向贯通破坏.
判别准则四:单孔(裂纹)与单孔(裂纹)的塑性区处于接近相交等临界状态时, 破坏形态处于两种破坏类型的过渡类型; 单孔(裂纹)与单孔(裂纹)的塑性区不相交时, 发生独立破坏.
判别准则五:裂纹倾角为90°时, 裂纹周围不存在塑性区.
判别准则六:本判别准则适用于砂岩且未达峰值强度前的破坏特征分析.
1) 含单裂纹与单孔红砂岩岩石试块破坏具有独立破坏模式、单向贯通破坏模式、同点双向贯通破坏模式及异点双向贯通模式.
2) 塑性破坏区的贯通与实际的贯通断裂有很好的对应关系, 基于此提出的判别方法能快速、准确地判别岩石的贯通断裂模式.
3) 本文的判别方法, 在各种岩石的适用性、尺寸效应方面有待进一步研究; 未来研究考虑通过编程实现, 并加入力学参数的修正.