矿业安全与环保

作者：李勇, 胡双杰, 桂辉高, 孙传猛, 甘涛, 李银

关键词：页岩, 层理方向, Ⅰ型断裂, 断裂韧度, 扩展有限元法, 裂纹扩展

层状页岩受内部层理方位分布特征的影响, 其力学性质常表现出明显的各向异性特征。为了探究层理方向对层状页岩Ⅰ型断裂特性的影响, 针对不同层理倾角 β、预制裂纹角度为0°的半圆盘试件开展三点弯曲静态压缩试验和数值模拟试验。试验结果表明, 试件的Ⅰ型标准化应力强度因子 Y Ⅰ会随着层理倾角的变化呈现出明显的差异性, 并与层理倾角呈现出良好的三次函数关系, 且仅在层理倾角 β为0°和90°时, 试件表现为纯Ⅰ型断裂模式, 即层理倾角的变化会改变试件的断裂模式。同时, 试件的Ⅰ型断裂韧度随着层理倾角的增大而逐渐减小, 并与层理倾角呈二次函数关系; 当层理倾角与预制裂纹角度垂直时, 试件的Ⅰ型断裂韧度最大; 而当层理倾角和预制裂纹角度平行时, 试件的Ⅰ型断裂韧度最小。另外, 基于扩展有限元法(XFEM), 对半圆盘层状页岩试件的破断机制进行研究, 验证了试验和计算结果的准确性。

来源：2024年第1期

《矿业安全与环保》期刊编辑部

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