细观尺度下岩石沿晶断裂应力强度因子计算研究

大量的细观试验研究发现，岩石破坏主要是裂纹沿着岩石晶体颗粒边界的扩展造成的（沿晶断裂），裂纹沿弯折晶界的扩展则构成了不同材料边界上翼裂纹的扩展。基于以上细观试验结果，建立奇异单元的有限元模型，通过对节点位移的数值外插法，得到了岩石材料沿晶断裂翼裂纹应力强度因子，并研究了晶粒几何特征和材料非均质性（dundurs参数）对裂纹扩展的影响。研究表明：在均质情况下，晶粒的几何形状在接近正六边形的情况下最适合裂纹扩展。随着非均质性的增强，各主翼裂纹比和晶粒几何角度所对应的ki值都要较均质模型的结果更高，最大的ki所对应的晶粒的内角角度也有所增加。综合所有计算结果可以看出，岩石中晶粒的非均质程度越高，越利于岩石破裂。