董世明，淦志強(qiáng)，華 文

1.深地科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·四川大學(xué)，四川 成都 610065

2.破壞力學(xué)與工程防災(zāi)減災(zāi)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·四川大學(xué)，四川 成都 610065

引言

在庫(kù)岸邊坡、壩基、采礦和隧道開挖等眾多工程領(lǐng)域中，巖石的變形破壞常常伴有水的參與，水-巖相互作用被認(rèn)為是影響巖土工程安全穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素[1-2]。同時(shí)，很多地質(zhì)災(zāi)害（如滑坡、泥石流等）的成因與防治[3]、文化遺產(chǎn)（如石窟、巖畫等）的損毀[4]均與水-巖相互作用緊密相關(guān)。由于自然界環(huán)境的更替和人為因素的參與（如水庫(kù)的防汛和發(fā)電等），地表和地下水水位均表現(xiàn)出季節(jié)性變化，使得庫(kù)岸邊坡等巖體工程往往處于干濕交替的狀態(tài)[5-6]。

這種周期性的水-巖相互作用勢(shì)必會(huì)對(duì)巖體的物理力學(xué)性能造成一定的影響。通過已有的研究發(fā)現(xiàn)，周期性的干濕交替作用對(duì)巖石力學(xué)性能及巖體工程穩(wěn)定性的弱化作用都要比長(zhǎng)時(shí)間浸水作用要強(qiáng)很多[7-8]。

近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)干濕交替作用下巖石類材料的物理力學(xué)性能開展了大量的研究工作[9-17]。他們關(guān)注的這些物理性能參數(shù)主要包括：質(zhì)量、密度、吸水率、孔隙率、P 波波速等；而力學(xué)性能參數(shù)主要有：抗拉強(qiáng)度、單軸抗壓強(qiáng)度，三軸抗壓強(qiáng)度、黏聚力、內(nèi)摩擦角、抗剪強(qiáng)度、彈性模量等。研究結(jié)果表明：干濕交替作用后巖石的物理力學(xué)性能均發(fā)生不同程度的弱化，其弱化程度與巖石的巖性、干濕交替次數(shù)、浸泡溶液等密切相關(guān)。

此外，目前有關(guān)水-巖作用對(duì)巖石斷裂特性影響的研究主要集中于不同溶液短期（或長(zhǎng)期）浸泡后巖石的純I 型斷裂韌度[18-20]。雖然朱敏等[8]和韓鐵林等[21]研究了干濕交替作用對(duì)巖石純I 型斷裂韌度的影響，然而，有關(guān)干濕交替作用下巖石純II型以及I～I(xiàn)I 復(fù)合型斷裂特性的研究仍然較少[22-23]。由于巖石結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，其內(nèi)部微裂紋的分布較為隨機(jī)，且在外部復(fù)雜荷載作用下，巖石的斷裂破壞大都呈現(xiàn)為I～I(xiàn)I 復(fù)合型斷裂破壞模式[24]。因此，開展干濕交替作用下巖石I～I(xiàn)I 復(fù)合型斷裂特性研究十分必要。

基于此，本文擬利用中心裂紋圓盤試件開展砂巖I～I(xiàn)I 復(fù)合型斷裂試驗(yàn)，研究干濕交替作用對(duì)砂巖純I 型、純II 型和I～I(xiàn)I 復(fù)合型斷裂韌度以及裂紋擴(kuò)展規(guī)律的影響，并結(jié)合斷裂準(zhǔn)則對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論，以期為巖土工程安全穩(wěn)定性分析提供必要的理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)方法及過程

1.1 中心裂紋圓盤試件的應(yīng)力強(qiáng)度因子

中心裂紋圓盤試件因其構(gòu)型簡(jiǎn)單，試件加工方便，僅需改變裂紋面與加載方向的夾角（加載角），便可實(shí)現(xiàn)完整的純I 型、純II 型以及I～I(xiàn)I 復(fù)合型加載方式，并且其應(yīng)力強(qiáng)度因子存在解析公式[25]，因而被廣泛地用于脆性或準(zhǔn)脆性材料斷裂韌度的測(cè)量。如圖1 所示，半徑為R，厚度為t，裂紋長(zhǎng)度為2a 的中心裂紋圓盤試件在徑向承受集中荷載P 的作用，裂紋面與荷載P 的夾角（加載角）為β。Dong等[25]利用權(quán)函數(shù)理論推導(dǎo)出了中心裂紋圓盤試件應(yīng)力強(qiáng)度因子

圖1 中心裂紋圓盤試件受力示意圖Fig.1 Diagram of the central cracked Brazilian disk specimen under compression

無因次應(yīng)力強(qiáng)度因子YI和YII可表示為

1.2 試驗(yàn)過程

本次試驗(yàn)選用均質(zhì)性較好的砂巖作為研究對(duì)象，為了盡量避免因巖樣的個(gè)體差異所引起的試驗(yàn)誤差，所有試件均取自同一塊顆粒細(xì)致緊密，均勻性較好的青砂巖試樣。試驗(yàn)測(cè)得此種青砂巖的干密度為2.24 g/cm3，含水率為1.20%，吸水率為6.18%，泊松比為0.21，抗拉強(qiáng)度為2.67 MPa。通過XRD 分析表明，其礦物成分主要包括石英，斜綠泥石，鈉長(zhǎng)石和基性磷鋁石[26]。此次試驗(yàn)選用的中心裂紋圓盤試件的直徑D=75 mm，厚度t=25 mm，相對(duì)裂紋長(zhǎng)度α=0.5，槽寬約為1 mm。中心裂紋圓盤試件的詳細(xì)加工過程可參考文獻(xiàn)[22]，加工過程中對(duì)所有試件進(jìn)行篩選，剔除差異性較大的試樣。

為了模擬“飽水-干燥”周期性的水-巖作用，參照前人的研究方法[12，17]，定義一次完整的干濕交替過程為：將加工好的砂巖試件放入浸泡缸中自然飽水48 h，而后將其放入105°C烘箱中烘干24 h，然后取出自然冷卻至于常溫。在室內(nèi)對(duì)砂巖試件分別進(jìn)行1 次、3 次、5 次和7 次干濕交替作用，將經(jīng)過設(shè)定干濕循環(huán)次數(shù)的砂巖試件再飽水48 h 后進(jìn)行斷裂試驗(yàn)。對(duì)于未經(jīng)處理的天然試件定義為經(jīng)0次干濕交替作用的試件。

為實(shí)現(xiàn)不同類型的斷裂形式，此次試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了4 種不同的加載角，即：0°（純I 型），10°，15°和23°（純II 型）。試驗(yàn)在四川大學(xué)破壞力學(xué)與工程防災(zāi)減災(zāi)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，采用電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載，加載方式采用位移加載控制，加載速率為0.05 mm/min。每組試驗(yàn)至少包括了4 個(gè)試樣；對(duì)于每個(gè)試件，均加載至裂紋擴(kuò)展破壞，記錄下完整的載荷-位移曲線。部分典型砂巖試件破壞形態(tài)如圖2 所示。

圖2 部分典型砂巖試樣的破壞形態(tài)圖Fig.2 The failure modes of typical sandstone specimens

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 干濕交替對(duì)砂巖斷裂韌度的影響

將試驗(yàn)測(cè)得的最大荷載代入中心裂紋圓盤試件的應(yīng)力強(qiáng)度因子公式即可計(jì)算出不同條件下砂巖的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子值（斷裂韌度）。不同干濕交替次數(shù)后砂巖的純I 型、純II 型以及I～I(xiàn)I 復(fù)合型斷裂韌度試驗(yàn)結(jié)果列于表1 中。

表1 砂巖斷裂韌度試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 The test results of sandstone specimens

如表1 所示，干濕交替次數(shù)分別為0、1、3、5 和7 時(shí)的純I 型斷裂韌度分別為0.232，0.189，0.173，0.154 和0.148 MPa·m0.5；而相應(yīng)的純II 型斷裂韌度分別為0.341，0.275，0.246，0.215 和0.204 MPa·m0.5。

干濕交替次數(shù)相同時(shí)，純II 型斷裂韌度總是比純I 型斷裂韌度要大，這與大多數(shù)研究者采用中心裂紋圓盤試件所得的結(jié)果類似[22]。

砂巖的純I 型、純II 型斷裂韌度均隨著干濕交替循環(huán)次數(shù)的增加而減小。與天然砂巖試件相比，當(dāng)干濕交替循環(huán)次數(shù)分別為1，3，5 和7 時(shí)，純I 型斷裂韌度分別降低了18.5%，25.4%，33.6%和36.2%；而純II 型斷裂韌度分別減小了19.4%，27.9%，37.0%和40.2%，純II 型斷裂韌度的降低幅度（劣化度）約為純I 型斷裂韌度的1.1 倍。

由此可見，純II 型斷裂韌度比純I 型斷裂韌度對(duì)干濕交替劣化作用更為敏感。

此外，當(dāng)干濕交替次數(shù)分別為0，1，3，5 和7時(shí)，純II 型斷裂韌度與純I 型斷裂韌度的比值分別為1.470，1.455，1.422，1.396 和1.378；可見，純II 型斷裂韌度與純I 型斷裂韌度的比值也隨著干濕交替循環(huán)次數(shù)的增加而呈現(xiàn)出略微減小的趨勢(shì)。

當(dāng)I～I(xiàn)I 復(fù)合型加載時(shí)，無論加載角β 為10°還是15°，砂巖的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子的II 型分量KIIf總是大于I 型分量KIf，這主要是因?yàn)閮煞N加載條件下中心裂紋圓盤試件的無量綱II 型分量的值總是大于I 型分量。

當(dāng)加載角為15°，干濕交替次數(shù)為0，1，3，5 和7 次時(shí)砂巖臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子的I 型分量分別為0.120，0.098，0.089，0.079 和0.076 MPa·m0.5；而相應(yīng)的II 型分量分別為0.287，0.233，0.212，0.189 和0.180 MPa·m0.5。

砂巖斷裂韌度的I、II 型分量均隨著干濕交替次數(shù)的增加而減??；與天然的砂巖試件相比，當(dāng)干濕交替次數(shù)達(dá)到7 次時(shí)，其I，II 型分量分別減小了36.7%和37.3%。

可見，干濕交替作用對(duì)砂巖I～I(xiàn)I 復(fù)合型斷裂韌度也有較大的影響。此外，當(dāng)加載角為10°時(shí)也可得到相同的結(jié)論。

為了更為直觀的描述I～I(xiàn)I 復(fù)合型加載時(shí)砂巖復(fù)合型斷裂韌度的變化規(guī)律，我們引入等效斷裂韌度Keff的概念，其定義式如下

根據(jù)表1 和式（3）計(jì)算得到的等效斷裂韌度的平均值如圖3 所示。

圖3 不同干濕交替次數(shù)時(shí)砂巖的等效斷裂韌度Fig.3 The effective fracture toughness of sandstone after different numbers of wetting-drying cycles

當(dāng)加載角為10°時(shí)，干濕交替循環(huán)次數(shù)分別為0，1，3，5 和7 時(shí)的等效斷裂韌度分別為0.283，0.227，0.206，0.181 和0.173 MPa·m0.5。

與天然試件相比，等效斷裂韌度分別降低了19.8%，27.2%，36.0%和38.9%。

然而，當(dāng)加載角為15°時(shí)，干濕交替循環(huán)次數(shù)分別為0，1，3，5 和7 時(shí)的等效斷裂韌度分別為0.311，0.254，0.230，0.205 和0.195 MPa·m0.5。

與天然試件相比，等效斷裂韌度分別降低了18.3%，26.0%，34.1%和37.3%。

當(dāng)干濕交替次數(shù)為7 次時(shí)，砂巖的等效斷裂韌度從純I 型到純II 型分別降低了36.2%，38.9%，37.3%和40.2%?？梢?，純I 型時(shí)的劣化度總是小于純II 型以及I～I(xiàn)I 復(fù)合型時(shí)的情形；對(duì)于其他干濕交替次數(shù)（如：1，3，5）時(shí)，也可得到相同的結(jié)果。

因此，可得到這樣的結(jié)論：當(dāng)加載角較大或II型分量占主導(dǎo)時(shí)，干濕交替劣化作用對(duì)砂巖斷裂韌度的影響更為顯著。

2.2 干濕交替作用的劣化機(jī)理分析

巖石是由多種礦物晶粒、膠結(jié)物和孔隙組成的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的聚合物，其力學(xué)性能與其礦物成分以及微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[24]。

為了探究干濕交替作用的劣化機(jī)理，利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀測(cè)了天然試件和經(jīng)7 次干濕交替作用后試件的表面微觀形貌，其結(jié)果如圖4 所示。從圖4a 可以看出，天然的砂巖試樣中存在少量的間隙、孔洞以及微裂紋，這為水-巖之間相互作用創(chuàng)造了條件。

圖4 干濕交替作用后砂巖表面形貌圖Fig.4 SEM photomicrographs of the surfaces of sandstone after wetting-drying cycles

浸泡時(shí)，大量的水溶液通過孔隙、微裂紋和礦物顆粒間的接觸面向巖體內(nèi)部滲透，水溶液進(jìn)入巖體礦物顆粒間隙后與其內(nèi)部的活性礦物發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)；同時(shí)，水作為一種溶劑，可以溶解一些可溶性的礦物質(zhì)，這都將導(dǎo)致礦物顆粒間的黏結(jié)力減弱。此次試驗(yàn)用的砂巖試件的礦物成分主要包括石英，斜綠泥石，鈉長(zhǎng)石和基性磷鋁石，其中，斜綠泥巖是最容易被溶解的[26]。

在浸泡過程中，水溶液與組成砂巖的礦物質(zhì)發(fā)生溶解、溶蝕等物理、化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致礦物顆粒間的黏結(jié)程度降低，孔隙率增加，使得砂巖的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。

加熱干燥時(shí)，砂巖中的水分子被加熱蒸發(fā)，熱的水分子會(huì)將溶于其中的可溶性礦物質(zhì)帶出到砂巖表面，導(dǎo)致孔隙率增大。

另一方面，砂巖是由多種礦物成分組成的，對(duì)于不同的礦物質(zhì)，其熱膨脹系數(shù)各不相同，在“加熱-冷卻”過程中，礦物顆粒之間會(huì)發(fā)生膨脹或收縮，從而導(dǎo)致礦物顆粒接觸面相互擠壓，這個(gè)過程將會(huì)使之前存在的微裂紋擴(kuò)展，或者產(chǎn)生新的二次裂紋[22-23，26]。

Hale 等[12]指出，巖石中水分子的存在是“加熱-冷卻”劣化作用發(fā)生的先決條件。每次干濕交替循環(huán)時(shí)，在加熱干燥前，由于砂巖試樣先進(jìn)行飽水處理，因此其內(nèi)部含有大量的水分，這將進(jìn)一步加強(qiáng)“加熱-冷卻”劣化作用的發(fā)生。

隨著干濕交替循環(huán)次數(shù)的增加，水-巖作用越來越顯著，水侵蝕到的巖石顆粒逐漸增多，礦物顆粒間的微裂紋數(shù)量和尺寸均逐漸增多（圖4b），導(dǎo)致礦物顆粒間的黏結(jié)力進(jìn)一步降低，孔隙率（或吸水率）增大?？紫堵实脑黾邮沟妹看窝h(huán)后水的侵蝕程度加深，巖體中的含水量越多，進(jìn)一步促使“加熱-冷卻”劣化作用的發(fā)生，進(jìn)而使得砂巖宏觀力學(xué)性能的降低。

總而言之，干濕交替作用是一個(gè)損傷累積并擴(kuò)大發(fā)展直至破壞的漸變過程。在干濕交替過程中，組成砂巖的礦物質(zhì)會(huì)與水溶液發(fā)生溶解、溶蝕等物理、化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致可溶性的礦物質(zhì)被溶解，顆粒間的黏結(jié)力減小，同時(shí)使得巖體中的微裂紋擴(kuò)展，或者產(chǎn)生新的二次裂紋。這個(gè)過程改變了砂巖的微觀結(jié)構(gòu)，隨著干濕交替次數(shù)的增加，對(duì)應(yīng)的物理、化學(xué)損傷不斷累積，進(jìn)一步加大了其微觀結(jié)構(gòu)的變化程度，在宏觀上體現(xiàn)為其抵抗裂紋擴(kuò)展能力的降低。

3 基于復(fù)合型斷裂準(zhǔn)則的理論分析

Hua 等[27]在傳統(tǒng)最大周向應(yīng)變（MTSN）準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，考慮了T應(yīng)力的影響，提出了廣義最大周向應(yīng)變（GMTSN）準(zhǔn)則。根據(jù)廣義最大周向應(yīng)變準(zhǔn)則[27]，裂紋沿最大周向應(yīng)變的方向起裂（θ0），并且當(dāng)該方向的周向應(yīng)變?chǔ)纽圈冗_(dá)到某一臨界值εt時(shí)，裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展。因此，廣義最大周向應(yīng)變準(zhǔn)則可表示為

而裂紋尖端的周向應(yīng)變?chǔ)纽圈瓤杀硎緸閇27]

上式中，系數(shù)f1，f2和f3的表達(dá)式為

將式（5）代入式（4）即可得到計(jì)算裂紋開裂角θ0的表達(dá)式

同樣地，根據(jù)廣義最大周向應(yīng)變準(zhǔn)則，KIf/KIC和KIIf/KIC的比值可表示為[27]

需要說明的是，這里的和YI0分別表示純I型加載時(shí)的無量綱T 應(yīng)力和I 型應(yīng)力強(qiáng)度因子。

對(duì)于中心裂紋圓盤試件而言，其T 應(yīng)力的解析表達(dá)式已由Hua 等[28-29]給出。根據(jù)本文的試驗(yàn)條件，相對(duì)裂紋長(zhǎng)度為0.5，加載角分別為0、10°、15°、23°時(shí)，無量綱T應(yīng)力分別為5.790、4.634、3.465 和1.483[28]。如果參數(shù)ν，YI，YII，T*，r0均已知，就可以用式（7）計(jì)算裂紋開裂角θ0，并利用式（8）和式（9）計(jì)算I～I(xiàn)I 復(fù)合型加載條件下的斷裂韌度比值KIf/KIC和KIIf/KIC。

此外，如果忽略泊松比的影響，廣義最大周向應(yīng)變準(zhǔn)則將退化為廣義最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則[27]。

為了利用廣義最大周向應(yīng)變準(zhǔn)則，需要知道另一個(gè)參數(shù)r0的數(shù)值。對(duì)于巖石等大多數(shù)脆性或準(zhǔn)脆性材料，臨界距離r0（也被叫作裂紋擴(kuò)展半徑）通常被認(rèn)為是一個(gè)材料常數(shù)，它表示裂紋尖端斷裂過程區(qū)的大小，可用下式進(jìn)行計(jì)算[22，24，27]

為了利用考慮了裂紋尖端T應(yīng)力影響的廣義最大周向應(yīng)變準(zhǔn)則對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，我們首先應(yīng)得到砂巖試件裂紋尖端的臨界距離r0。

為了獲得砂巖裂紋尖端的臨界距離r0，利用巴西劈裂法測(cè)量了經(jīng)歷不同干濕交替次數(shù)的砂巖試件的抗拉強(qiáng)度。

測(cè)量前，巴西圓盤試件的干濕交替處理過程與中心裂紋圓盤試件完全一致，每組至少包含4 個(gè)圓盤試樣進(jìn)行巴西劈裂試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果列于表2 中，同時(shí)根據(jù)式（10）計(jì)算的臨界距離r0也一并列于表2 中。從表中可以看出，裂紋尖端的臨界距離r0隨著干濕交替次數(shù)的增加而呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，韓鐵林等[21]也曾觀測(cè)到相同的現(xiàn)象。與未經(jīng)處理的天然巖樣相比，經(jīng)歷了1、3、5 和7 次干濕交替作用的砂巖試件的裂紋尖端臨界距離r0分別減小了4.6%，8.8%，12.2%和14.7%。

表2 裂紋尖端的臨界距離Tab.2 The critical distance from the crack tip

由此可見，干濕交替作用對(duì)裂紋尖端臨界距離r0也有較大的影響。

圖5 給出了試驗(yàn)測(cè)得的I 型分量與純I 型斷裂韌度比值、II 型分量與純I 型斷裂韌度比值的關(guān)系曲線圖；同時(shí)，基于廣義最大周向應(yīng)變準(zhǔn)則和廣義最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則的理論預(yù)測(cè)值也一并作于圖中。

由圖5 可知，基于傳統(tǒng)的最大周向應(yīng)變準(zhǔn)則和最大周向應(yīng)力（MTS）準(zhǔn)則的理論預(yù)測(cè)值總是小于試驗(yàn)值，這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的最大周向應(yīng)變準(zhǔn)則和最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則都只考慮了裂紋尖端的奇異項(xiàng)，而忽略了裂紋尖端非奇異項(xiàng)（如T應(yīng)力）的影響。

圖5 砂巖復(fù)合型斷裂韌度理論值和試驗(yàn)值的對(duì)比Fig.5 Comparison of mixed mode fracture toughness of sandstone obtained for the test results with theoretical values of fracture criteria

基于考慮了T應(yīng)力影響的廣義最大周向應(yīng)變準(zhǔn)則和廣義最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則的理論值與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果符合的較好。

另外，I～I(xiàn)I 復(fù)合型加載時(shí)，I 型分量與純I 型斷裂韌度比值和II 型分量與純I 型斷裂韌度比值均隨著干濕交替次數(shù)的增加而呈現(xiàn)出略微減小的趨勢(shì)。

為了便于分析和討論純II 型時(shí)的情形，我們將砂巖的純II 型斷裂韌度與純I 型斷裂韌度的比值KIIf/KIC列于表3 中；同時(shí)，基于廣義最大周向應(yīng)變準(zhǔn)則和廣義最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則的理論值也一并列于表3 中。

表3 砂巖的斷裂韌度比值試驗(yàn)值與理論值的對(duì)比Tab.3 The theoretical and experimental results of ratio of fracture toughness for sandstone

從表3 中可以看出，純II 型時(shí)，基于考慮了T應(yīng)力影響的廣義最大周向應(yīng)變準(zhǔn)則的理論預(yù)測(cè)值比基于廣義最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則的理論預(yù)測(cè)值更接近試驗(yàn)值。

例如，對(duì)于未經(jīng)處理天然的試樣，試驗(yàn)測(cè)得斷裂韌度比值為1.470，根據(jù)廣義最大周向應(yīng)變準(zhǔn)則，斷裂韌度比值的理論預(yù)測(cè)值為1.394，理論預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)測(cè)試值的相對(duì)誤差僅為5.2%。然而，基于廣義最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則的斷裂韌度比值理論值約為1.163，比試驗(yàn)值小約20.9%。進(jìn)一步的研究表明，基于最大周向應(yīng)變準(zhǔn)則的理論預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值的最大相對(duì)誤差均不超過5.6%。因此，與基于應(yīng)力的廣義最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則相比，廣義最大周向應(yīng)變準(zhǔn)則同時(shí)考慮了裂紋尖端的多個(gè)應(yīng)力分量和泊松比的影響，故其理論預(yù)測(cè)值較與試驗(yàn)值吻合性更好。

4 結(jié)論

（1）無論純I 型，純II 型還是I～I(xiàn)I 復(fù)合型斷裂，砂巖的斷裂韌度均隨著干濕交替次數(shù)的增加而逐漸減??；其劣化趨勢(shì)基本一致，但劣化程度略有不同。當(dāng)加載角較大時(shí)，干濕交替作用對(duì)砂巖斷裂韌度的劣化影響更為顯著。

（2）I 型分量與純I 型斷裂韌度比值和II 型分量與純I 型斷裂韌度比值均隨著干濕交替次數(shù)的增加而呈現(xiàn)出略微減小的趨勢(shì)；考慮了T 應(yīng)力影響的廣義最大周向應(yīng)變準(zhǔn)則和廣義最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則都能對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行很好的預(yù)測(cè)。

（3）純II 型基于廣義最大周向應(yīng)變準(zhǔn)則的理論預(yù)測(cè)值比基于廣義最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則的理論值更接近試驗(yàn)值。

符號(hào)說明

KII 型應(yīng)力強(qiáng)度因子，MPa·m0.5；

KIIII 型應(yīng)力強(qiáng)度因子，MPa·m0.5；

a半裂紋長(zhǎng)度，mm；

A1iI 型應(yīng)力強(qiáng)度因子系數(shù)，無因次；

f1iI 型應(yīng)力強(qiáng)度因子系數(shù)，無因次；

A2iII 型應(yīng)力強(qiáng)度因子系數(shù)，無因次；

f2iII 型應(yīng)力強(qiáng)度因子，無因次；

YII 型無量綱應(yīng)力強(qiáng)度因子，無因次；

YIIII 型無量綱應(yīng)力強(qiáng)度因子，無因次；

Keff復(fù)合型等效斷裂韌度，MPa·m0.5；

KIfI 型斷裂韌度分量，MPa·m0.5；

KIIfII 型斷裂韌度分量，MPa·m0.5；

εθθ周向應(yīng)變，無因次；

θ0臨界起裂角，（°）；

εt周向應(yīng)變臨界值，無因次；

E彈性模量，MPa；

r臨界半徑，mm；

f1(θ)I 型斷裂韌度對(duì)應(yīng)系數(shù)，無因次；

f2(θ)II 型斷裂韌度對(duì)應(yīng)系數(shù)，無因次；

TT應(yīng)力，MPa；

f3(θ)T應(yīng)力對(duì)應(yīng)系數(shù)，無因次；

T*無量綱的T應(yīng)力，無因次；

純I 型無量綱T應(yīng)力，無因次；

YI0純I 型的無量綱應(yīng)力強(qiáng)度因子，無因次；

r0臨界距離，mm；

KIC純I 型斷裂韌度，MPa·m0.5；

σt抗拉強(qiáng)度，MPa。