SCSDC: 研究砂岩动态断裂全历程的关键方法

本文探讨了曹富、罗琳、吴礼舟、刘恩龙和王启智等人合作进行的一项开创性研究，他们采用了独特的压缩单裂纹半圆孔板(Single Cleavage Semi-Drilled Compression, SCSDC)实验方法来研究砂岩的动态起裂、扩展和止裂过程。SCSDC作为一种新型的试样设计，其关键特征在于它不需要传统断裂试验中的支座，这显著简化了实验设置并减少了干扰因素。 文章首先介绍了SCSDC试样的构型创新，它利用大直径分离式霍普金森压杆进行动态冲击测试，这样可以精确地模拟砂岩在实际工况下的力学行为。通过在预制裂纹前方粘贴裂纹扩展计，研究人员能够实时监测裂纹的动态发展，包括起裂、扩展和止裂的时间特征参数，如裂纹速度的变化。 实验结果显示，在裂纹速度范围0.1～0.5cR内，随着裂纹速度的增加，砂岩的动态扩展韧度呈现出正相关性。通过对材料特性、速度测量误差和试样设计等因素的控制，作者成功建立了砂岩动态扩展韧度与裂纹速度之间的定量关系，这一发现对于理解和预测砂岩在动态条件下的性能具有重要意义。 此外，文中还讨论了端面接触摩擦力对试样起裂的影响，这是一个重要的力学效应，因为它可能会影响裂纹的初始发展和后续扩展。研究结果以砂岩I型的动态断裂全过程为中心，提供了KICd-a关系的深入理解，这对于岩石工程、地质灾害防治和结构设计等领域具有实用价值。 该研究不仅发表在中国科技论文在线平台上，还得到了多个国家级重点实验室的支持，包括博士点基金优先发展领域项目、山区桥梁与隧道工程国家重点实验室开放基金和地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室开放基金。曹富作为主要研究者之一，他的工作专注于岩石材料的动态强度和断裂研究，而王启智教授则作为通讯作者，以其丰富的经验和专业知识指导了整个研究过程。 这项研究代表了在砂岩动态断裂行为研究领域的前沿进展，通过SCSDC实验方法，研究人员得以揭示砂岩动态起裂、扩展和止裂的复杂过程，为未来相关工程设计提供了重要的理论依据。