微波照射下脆性岩石裂纹扩展临界条件及断裂过程研究

基于热力学定律及Griffith断裂理论,建立了包含初始裂纹的脆性岩石理论模型研究微波破岩过程,推导了微波照射下均匀脆性岩石内部初始微裂纹的临界扩展条件。得到微波照射参数与裂纹扩展半径的关系呈V形曲线,且V形曲线上方为裂纹非稳定区域,下方为裂纹稳定区域。将V形曲线左半部分对应的裂纹定义为"初始短裂纹",断裂开始后,裂纹发生动态扩展,此时裂纹扩展行为不能由V形曲线完全描述,动态扩展的最终半径由能量守恒定律推导得到;当输入微波能量达到新的临界值之后,"初始短裂纹"则继续沿V形曲线发生准静态扩展。将V形曲线右半部分对应的裂纹半径定义为"初始长裂纹",对于初始长裂纹,输入的微波能量达到临界值之后,裂纹始终沿V形曲线以准静态方式扩展。根据裂纹扩展行为可以预测微波照射下岩石强度折减规律,其结果与已有实验结果吻合较好,对于指导微波辅助机械破岩工程实践具有重要意义。