破斷應力

能夠導致岩體或材料發生破壞的應力，或破壞釋放的，代表岩體或材料破裂特點的應力稱為破壞應力。一般來說，岩石受力如果超過其極限強度時，將發生破裂。但不同的岩體或岩體所處的外部條件發生變化時，其破裂狀態也會有所變化。有些研究認為，地震時，地震震源的應力降就表征了岩體破壞應力的大小。

基本介紹

• 中文名：破斷應力
• 外文名：fracture toughness
• 學科：工程力學
• 定義：岩體或材料發生破壞的應力
• 類別：剪應力、拉應力
• 有關術語：斷裂

簡介

破斷應力是材料的拉應力或剪應力達到極限。材料受力一旦超過強度極限，材料將會受到破壞，這裡強度極限一般多指拉應力極限和剪應力極限，有時也指材料受壓強度極限，如混凝土經常會因為受壓強度達到極限發生破斷。材料經拉伸試驗時，開始斷裂時在最小 橫截面積上所受到的真實應力，也可以稱做破斷應力。一般採用無缺口的 試樣經拉伸試驗得到的應力值。斷裂是材料受力後，在低於其本身結合強度的情況下作應力在分配，當外加應力的增加速率超過應力再分配速率時，就會發生斷裂，無任何先兆。

岩石破壞

岩石的破壞過程總是伴隨著損傷（分布缺陷）和裂紋 (集中缺陷) 的互動擴展，這種耦合效應使得裂紋尖端附近區域材料必然具有更嚴重的分布缺陷。岩石的破壞，如脆性斷裂和塑性失穩，雖然有突然發生的表面現象，但是，從材料損傷的發生、發展和演化直到出現巨觀的裂紋型缺陷，伴隨著裂紋的穩定擴展或失穩擴展，是作為過程而展開的。經典的斷裂力學廣泛研究的是裂紋及其擴展規律問題。物體中的裂紋被理想化為一光滑的零厚度間斷面。在裂紋的前緣存在著應力應變的奇異場，而裂紋尖端附近的材料假定同尖端遠處的材料性質並無區別。裂紋這樣的缺陷可稱它為奇異缺陷，因此經典斷裂力學中物體的缺陷僅僅表現為有奇異缺陷的存在。斷裂力學的一個突出的特點是考慮了材料與結構中巨觀缺陷的效應，在方法論上，其優點是把強度與韌性結合起來一起考慮。在斷裂力學中，由於應力場的奇異性，即裂紋尖端的應力場將趨於無窮大，所以無法利用應力的大小來判斷材料中的裂紋是否繼續擴展，所以就提出了應力強度因子和斷裂韌性的概念，認為如果裂紋尖端處的應力強度因子大於材料的斷裂韌性，那么該裂紋將處於擴展狀態，反之，裂紋將不會發生擴展。而距離裂紋遠處的應力場仍可以按照由經典斷裂力學推導出的公式來進行計算。隨著材料損傷程度的加劇，材料本身抵抗斷裂的能力會越來越低，表現為材料的力學性能指標上就是材料的斷裂韌性會越來越低，所以可以認為隨著損傷的變化，斷裂韌性也是在變化的，二者之間肯定存在著一定的關係。

岩石拉伸斷裂破壞

岩石的抗拉強度是岩石試件在單軸拉力作用下抵抗破壞的極限能力，或極限強度，它在數值上等於破壞時的最大拉應力。與岩石抗壓強度的研究相比，對抗拉強度的研究較少，對裂隙岩石材料的抗拉強度的研究則更少。從豐富斷裂力學和服務實際工程的角度來說，研究裂隙岩石受拉的力學特性具有積極的意義。在實驗室尺度下，總是可以找到含有巨觀裂紋的岩石試件，此時，無法將其當作無限大體進而使用傳統斷裂力學的理論進行處理。含斜裂紋的受拉岩石的斷裂形式為拉剪複合型斷裂。裂紋傾角、裂紋長度對開裂角的影響，隨裂紋傾角的增大而增大的結論;對於具有巨觀裂隙的試件，基於最大周向應力理論計算的開裂角和基於有效應力理論計算的開裂角隨裂隙長度增加有逐漸遞減的趨勢；基於最大周向應力理論計算的開裂角最大值為70. 5°，基於有效應力理論計算的最大開裂角度約為86°；一般情況下試件尺度下計算的開裂角要大於在無限大體尺度下計算的開裂角。裂隙試樣的抗斷裂能力可按無限大體理論進行計算;隨著裂隙長度的增加， 使用無限大體的理論計算結果與按有限大體的計算結果差異越來越大。

有關術語

拉應力

拉應力就是物體對使物體有拉伸趨勢的外力的反作用力。材料受到的外力稱為外載荷（tensile stress），材料內部產生的反作用力稱為應力。一個物體兩端受拉，那么沿著它軸線方向的抵抗拉伸的應力就是拉應力。應力的施力者為物體，受力者為外界。分析一個應力是為拉應力，還是為壓應力，主要看作用在物體上的力的反作用力的效果，即外界施加在物體上的力的效果，是使物體的尺寸有變大的趨勢，還是變小的趨勢，變小即為壓應力，變大即為拉應力。材料兩端受壓，材料受到的應力是壓應力。因為，即使受壓，把受壓物體分割成小塊，各小塊之間即使有想要抵抗擠壓的趨勢，相互之間還是擠壓，還是應該是壓應力；反之，就是拉應力。

剪應力

物體由於外因 (受力、溫度變化等) 而變形時，在 它內部任一截面的兩個方向即出現相互作用力，稱為內力。單位面積上的內力稱為應力。剪應力即為同截面相切的應力。剪應力可使相鄰的岩塊沿截面發生相對滑動。