基于最大周向應變的巖石復合型斷裂準則解析與驗證

侯鐵軍，滿 宇，唐 巍

（1.青海交通職業技術學院，青海 西寧 810000；2.廣漢市生產力促進中心，四川 廣漢 618300；3.四川鹽業地質鉆井大隊，四川 自貢 643000）

0 引 言

裂紋斷裂準則的研究主要致力于解決裂紋斷裂的強度大小和擴展方向2 個問題［1］。 為預測裂紋的起裂和擴展，國內外學者從應力、應變和應變能角度建立了不同的斷裂準則，常用的斷裂推測主要有以下3 種：ERDOGAN 等［2］提出的最大周向應力準則（MTS 準則），SIH 等［3］提出的最小應變能密度因子準則（S 準則）和PALANISWAMY 等［4］提出的最大能量釋放率理論（G 準則）。 但這些準則的分析結果與試驗數據之間還存在一定差別，并沒有準確地描述巖石的斷裂機理，如MTS 準則與材料泊松比無關，不能區分平面應力和平面應變的差異，尚未被普遍接受。 斷裂力學領域相關學者從不同的機理出發對斷裂判別準則做了大量研究工作，文獻［5-6］推導出了裂紋尖端塑性區半徑，建立了R 準則，指出裂紋將會沿著裂紋尖端到彈塑性邊界的最短路徑擴展；任利等［7］基于Mises 屈服準則，充分考慮裂尖應力狀態對于裂紋擴展區半徑的影響，建立了新的斷裂準則；董晗等［8］發現巖石穿透斜裂紋在單軸壓縮條件下，大角度裂紋運用MTS 準則求得的理論起裂角與實際較為吻合，小角度裂紋運用摩爾庫倫準則得到的理論起裂角與實際較為吻合；蔣玉川等［9］從裂紋尖端的最小無量綱塑性區尺度和廣義合成偏應力強度理論相角度建立了斷裂準則。 上述研究大都從應力機理出發建立的裂紋斷裂判別準則，而忽略了應變這一材料斷裂的判別條件。……