Investigation of Fracturing Process of Rock-Like Brazilian Disks Containing Three Parallel Cracks under Compressive Line Loading

Abstract

Выполнены испытания на одноосное сжатие образцов типа “бразильского диска” из скальной породы с тремя предварительно выращенными параллельными трещинами в средней части. Образцы из модельного материала (бетон на основе пуццоланового портландцемента, мелкого песка и воды) изготовляли в лаборатории механики горных пород. Измерения критической нагрузки в таких дисках показали, что она незначительно зависит от ориентации трещин и их взаимовлияния. Процесс разрушения образцов изучали при разных углах наклона трех параллельных трещин относительно оси сжимающей нагрузки по обычной схеме испытаний бразильских дисков. Экспериментально установлено, что на первом этапе нагрузки начинается бифуркация трещин и их распространение в направлении линии сжимающей нагрузки. Проведено численное моделирование процесса разрушения образцов с помощью косвенного метода граничных элементов высшего порядка, известного как “метод разрыва перемещений”. Данные численных расчетов по инициированию и слиянию трещин сравнивали с экспериментальными результатами. Получена тесная корреляция численных результатов с экспериментальными.

Проведено випробування на одновісний стиск зразків типу “бразильського диска” зі скальної породи, що мають три попередньо вирощені паралельні тріщини в середній частині. Зразки з модельного матеріалу (бетон на основі пуцоланового портландцементу, дрібного піску та води) виготовляли в лабораторії механіки гірських порід. Вимірювання критичного навантаження в таких дисках паказало, що воно несуттєво залежить від орієнтації тріщин і їх взаємовпливу. Процес руйнування зразків вивчали за різних кутів нахилу трьох паралельних тріщин відносно осі стискаючого навантаження за звичайною схемою випробувань бразильських дисків. Експериментально установлено, що на першому етапі навантаження починається біфуркація тріщин та їх розповсюдження в напрямку лінії стискаючого навантаження. Проведено числове моделювання процесу руйнування зразків за допомогою непрямого методу граничних елементів вищого порядку, що відомий як “метод розриву переміщень”. Дані числових розрахунків по ініціюванню і злиттю тріщин порівнювали з експериментальними. Отримано тісну кореляцію числових результатів з експериментальними.