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亞臨界裂隙生長
http://www.kxylqx2008.com.cn 時間:2009/3/24 11:52:39 來源:本站原創(chuàng) 點(diǎn)擊次數(shù):2943

  宏觀破裂前的微裂隙稱為亞臨界裂隙,控制其生長的主要因素是應(yīng)力強(qiáng)度因子(K)。應(yīng)力強(qiáng)度因子是對給定幾何形態(tài)和載荷條件下裂隙末端應(yīng)力場的度量,當(dāng)裂隙末端的局部應(yīng)力超過巖石的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子(Kc)時,裂隙就開始擴(kuò)展。巖石破裂強(qiáng)度取決于單個裂隙的性質(zhì)、應(yīng)力集中的初始密度、分布及化學(xué)和熱環(huán)境。


  一般情況下,在應(yīng)力強(qiáng)度因子(K)<臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子(Kc)時,亞臨界裂隙生長表現(xiàn)為緩慢的、依時間而變化的裂隙生長過程,而當(dāng)K >Kc時,裂隙加速擴(kuò)展。促進(jìn)亞臨界裂隙生長的機(jī)制可能有以下幾種:


 。1)彈性應(yīng)變能積累,是與快速破裂擴(kuò)展有關(guān)的主要機(jī)制。當(dāng)裂隙末端出現(xiàn)應(yīng)力集中,隨之發(fā)生彈性應(yīng)變能積累,彈性應(yīng)變能控制著裂隙擴(kuò)展。破裂的發(fā)育有追蹤巖石中軟弱部位的趨勢,或者穿切顆粒并追隨劈理方位,或者沿粒間而利用粒間邊界,F(xiàn)存的表面裂隙、裂痕、顆粒邊界空隙和孔隙的頻率、方位、形態(tài)和分布都可能影響著由于突發(fā)破裂擴(kuò)展而破壞之前所積累的應(yīng)變量。彈性應(yīng)變能積累是與快速破裂擴(kuò)展(脆性破壞)有關(guān)的主要機(jī)制。


  (2)晶質(zhì)塑性作用,致密位錯纏結(jié)或高密度雙晶發(fā)育,從而限制晶質(zhì)塑性引起的進(jìn)一步變形,并且有可能導(dǎo)致破裂的急速加工硬化,這時晶質(zhì)塑性可能有助于破裂作用。此外,在多晶集合體中,不同晶體因其結(jié)晶方位和滑移系不同,導(dǎo)致相鄰顆粒之間出現(xiàn)應(yīng)變不協(xié)和性,從而誘發(fā)顆粒邊界裂隙。


  (3)擴(kuò)散作用,在張開的顆粒邊界或三節(jié)點(diǎn)處,點(diǎn)缺陷和空位集中,空位擴(kuò)散作用可導(dǎo)致空隙的發(fā)育,從而引起破壞。此外,雜質(zhì)向顆粒邊界的擴(kuò)散也可能導(dǎo)致顆粒邊界的脆化和破裂。


  (4)相轉(zhuǎn)變和化學(xué)反應(yīng),通過產(chǎn)生具不同體積的產(chǎn)物到反應(yīng)物中,誘發(fā)集合體內(nèi)的應(yīng)力集中,應(yīng)力集中可能引起空隙的形成,從而導(dǎo)致破壞。


  以上四種機(jī)制歸為第一類亞臨界裂隙生長機(jī)制。這類機(jī)制可能是在不同應(yīng)變率條件和沒有流體參與的變形期間發(fā)生的。圖中箭頭指示破裂線位置隨溫度和壓力增大而變化的方向。


 。5)水壓破裂,是由于流體作用的存在誘發(fā)破裂的出現(xiàn)。當(dāng)有效應(yīng)力大于巖石強(qiáng)度時,流體壓力引起水壓破裂或破裂擴(kuò)展。流體化學(xué)對破裂擴(kuò)展的控制在于,它通過裂隙末端發(fā)生化學(xué)腐蝕和反應(yīng),導(dǎo)致亞臨界裂隙生長,從而引起破裂擴(kuò)展。

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關(guān)鍵字:亞臨界|裂隙生長|主要因素|彈性應(yīng)變能積累|晶質(zhì)塑性作用|晶質(zhì)塑性作用|擴(kuò)散作用|相轉(zhuǎn)變和化學(xué)反應(yīng)|水壓破裂|應(yīng)力侵蝕
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