Wang, Z. Y., Zhao, R. F., Li, M. Y., Wu, Z. J.^*, Li, Y. W. ^* (2024) Estimating the macro strength of rock based on the determined mechanical properties of grains and grain-to-grain interfaces [J]. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, https://authors.elsevier.com/c/1i~TB57Zk98Ay.

在某些极端环境中，如深地和深空，获得完整的岩心是非常具有挑战性的。因此，很难通过标准的岩石力学试验获得岩石的宏观强度这一工程设计的关键指标。本文提出了一种基于演示矿物晶粒及晶粒界面的力学性能的岩石的宏观强度预测方法。首先进行了纳米压痕试验，以确定矿物颗粒及其界面的弹性模量（图1）；随后，进行对称和非对称四点弯曲试验，建立界面拉伸和剪切断裂韧性的统计规律；采用Dugdale-Barenblatt模型，考虑界面裂纹的斜角分布，推导出相应的拉剪断裂强度（图2）和摩擦参数（图3）；最后将这些细观力学参数输入到3D-FDEM数值模型中，预测岩石宏观强度。该方法的强度预测结果与通过标准单轴压缩、直拉、巴西劈裂和直剪试验获取的岩石强度几乎一致，证明了该方法的有效性（图4）。

图 1 矿物颗粒及颗粒介面弹性模量测试结果

图 2 试件变形特征与界面拉剪断裂强度统计分布

图 3 界面摩擦系数推导

图 4 单轴压缩模拟与实验结果对比