加载速率对软弱基岩各向异性和裂纹扩展的影响

在静力或动载作用下，软弱的层理和节理是岩体各向异性的主要特征。本文利用分离式霍普金森压杆(SHPB)系统对富含顺层岩层的速率相关断裂特性进行了实验研究。基于缺口半圆弯曲岩石试件在不同缺口与弯曲面交角(0°~90°)下的动态加载，得到了几个结果。结果表明，层状岩石的破坏模式由顺层为主向基岩基质为主转变，到顺层面上的偏转距离随顺层角度线性减小。随着加载速率的增加，裂纹扩展轨迹由沿层理面的偏转转变为直接侵彻岩石基质。各向异性指数用来确定不同层理角度下的速率相关断裂韧度转变。各向异性指数随加载速率呈指数递减，接近各向同性极值。用能量判据分析了顺层为主的岩石破裂机理，并用实验结果对理论进行了验证。本文有助于深入理解动态载荷作用下层状非均质岩石结构的断裂行为。