通过尺寸效应试验与计算表征Marcellus页岩断裂特性
地球物理
2019-05-31 v1 材料科学
摘要
类页岩岩石的力学表征需要理解所测性质的尺度效应，以便将小规模实验室测试外推到现场研究。本文分析了Marcellus页岩的尺寸效应，并通过尺寸效应试验获取了其断裂特性。对尺寸递增的三点弯曲（TPB）试件进行了多次断裂试验。试验结果表明，名义强度随试件尺寸增大而降低，并能很好地用Bažant尺寸效应律（SEL）拟合。研究表明，SEL考虑了试件尺寸和几何形状的影响，能够准确识别材料的初始断裂能和有效断裂过程区（FPZ）长度。通过使用标准有限元技术结合内聚力模型对所研究试件进行数值模拟，验证了获得的断裂特性。在三个主要缺口取向：止裂型、劈裂型和短横向型上确定的断裂特性中观察到显著的各向异性。讨论了所测结构强度和表观断裂韧度的尺寸效应。无论是忽略尺寸效应的基于强度的准则，还是不考虑FPZ有限性的经典线弹性断裂力学（LEFM），都无法预测所报告的尺寸效应数据，而准脆性类型的非线性断裂力学则是适用的。
引用
@article{arxiv.1710.07366,
title = {Characterization of Marcellus Shale Fracture Properties through Size Effect Tests and Computations},
author = {Weixin Li and Zhefei Jin and Gianluca Cusatis},
journal= {arXiv preprint arXiv:1710.07366},
year = {2019}
}