基于DIC技术的含不同节理密度类岩石试件破裂机制研究

为研究节理密度对岩体强度特征及破坏模式的影响,以石英砂和呋喃树脂为打印基材,采用3D砂型打印技术制备含有不同节理密度的类岩石试件.对3D砂型打印试件进行单轴压缩试验,采用数字图像相关(DIC)方法进行非接触式全场变形测量,从细观力学角度定量分析裂纹萌生、扩展以及贯通行为.试验结果表明:3D砂型打印完整试件的应力-应变曲线形态、压拉强度比与真实岩石相似,属于一种类岩石材料;不同节理密度试件的应力-应变曲线变化过程大致相似,可划分为初始压密、线弹性变形、破裂发展以及残余强度4个阶段;试件力学参数随着节理密度εf的增加而减小,两者之间呈指数衰减关系;通过计算试件表面应变场和位移矢量分布,发现试件变形场分布、裂纹扩展演化均与节理密度密切相关;随着节理密度的增大,试件破坏模式由轴向拉伸破坏(εf=0.280％)过渡到混合破坏(εf=1.193％),最后转变为拉贯通带破坏(εf≥1.712％),而当节理密度超过阈值2.739％,拉贯通带内的块体发生转动,重现了书斜式断层旋转这类地质构造.