破斷應力

巖石的破壞過程總是伴隨著損傷（分布缺陷）和裂紋 (集中缺陷) 的交互擴展，這種耦合效應使得裂紋尖端附近區(qū)域材料必然具有更嚴重的分布缺陷。巖石的破壞，如脆性斷裂和塑性失穩(wěn)，雖然有突然發(fā)生的表面現(xiàn)象，但是，從材料損傷的發(fā)生、發(fā)展和演化直到出現(xiàn)宏觀的裂紋型缺陷，伴隨著裂紋的穩(wěn)定擴展或失穩(wěn)擴展，是作為過程而展開的。經(jīng)典的斷裂力學廣泛研究的是裂紋及其擴展規(guī)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(zhì)并無區(qū)別。裂紋這樣的缺陷可稱它為奇異缺陷，因此經(jīng)典斷裂力學中物體的缺陷僅僅表現(xiàn)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宏觀缺陷的效應，在方法論上，其優(yōu)點是把強度與韌性結合起來一起考慮。在斷裂力學中，由于應力場的奇異性，即裂紋尖端的應力場將趨于無窮大，所以無法利用應力的大小來判斷材料中的裂紋是否繼續(xù)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于材料的斷裂韌性，那么該裂紋將處于擴展狀態(tài)，反之，裂紋將不會發(fā)生擴展。而距離裂紋遠處的應力場仍可以按照由經(jīng)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(xiàn)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系 。

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(nèi)部產(chǎn)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

物體由于外因 (受力、溫度變化等) 而變形時，在 它內(nèi)部任一截面的兩個方向即出現(xiàn)相互作用力，稱為內(nèi)力。單位面積上的內(nèi)力稱為應力。剪應力即為同截面相切的應力。剪應力可使相鄰的巖塊沿截面發(fā)生相對滑動。2100433B

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，這里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(jīng)常會因為受壓強度達到極限發(fā)生破斷。材料經(jīng)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。一般采用無缺口的 試樣經(jīng)拉伸試驗得到的應力值。斷裂是材料受力后，在低于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(fā)生斷裂，無任何先兆。

巖石的抗拉強度是巖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(shù)值上等于破壞時的最大拉應力。與巖石抗壓強度的研究相比，對抗拉強度的研究較少，對裂隙巖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，研究裂隙巖石受拉的力學特性具有積極的意義。在實驗室尺度下，總是可以找到含有宏觀裂紋的巖石試件，此時，無法將其當作無限大體進而使用傳統(tǒng)斷裂力學的理論進行處理。含斜裂紋的受拉巖石的斷裂形式為拉剪復合型斷裂。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;對于具有宏觀裂隙的試件，基于最大周向應力理論計算的開裂角和基于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；基于最大周向應力理論計算的開裂角最大值為70. 5°，基于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于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 。

當應力達到抗拉強度以前，整個試件變形是均勻的。但是應力達到抗拉強度時，試件變形就集中在某一薄弱區(qū)域內(nèi)，這部分截面發(fā)生顯著的收縮(頸縮)。頸縮部分的截面比原截面小得多，因而頸縮截面上的實際應力比按原截面計算的應力大得多。但是，以原截面計算的試件 應力達到抗拉強度后，試件就必然斷裂，因而斷裂強度實際工程上意義不大。在工程上常以抗拉強度代表材料的斷裂應力。拉伸 斷裂強度外，還有疲勞和蠕變斷裂強度。前者又稱疲勞強度系數(shù)，用表示，指在交變載荷循環(huán)一次后試件發(fā)生斷裂的強度；后者又稱持久強度，指給定溫度和斷裂時間下的強度。這兩種斷裂強度只有通過測定低周疲勞曲線和蠕變斷裂曲線時給出。材料在長時間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象稱為蠕變，由這種變形而最后導致材料的斷裂稱為蠕變斷裂。疲勞強度是指材料在無限多次交變載荷作用而不會產(chǎn)生破壞的最大應力，稱為疲勞強度或疲勞極限。實際上，金屬材料并不可能作無限多次交變載荷試驗。

混凝土包括素混凝土、鋼筋混凝土和預應力混凝土，由其組成的結構稱為混凝土結構?；炷磷鳛橹匾慕ㄖ牧弦延邪儆嗄甑臍v史，廣泛應用于各個領域，尤其是在土木工程中 ,混凝土已必不可少。M.F.卡普蘭(Kaplan)1961年應用斷裂力學的概念來研究混凝土斷裂而提出的假說。其要點是：水泥石中裂紋的擴展所需能量要比形成新表面的表面能大一個數(shù)量級。J.格呂克利希指出，這種過多的能量是由于在一定的應力階段在裂紋頂端附近區(qū)域需要形成許多微裂紋所致。L.詹姆斯和E.K.克萊德指出混凝土中的原始裂紋存在于水泥石中及其與集料的界面上，并在水泥石中擴展。在集料彈性模量高于水泥石的情況下，集料對原裂紋的擴展有阻礙作用。集料與水泥石彈性模量的比值越高、原裂紋頂端離集料表面越近、集料粒度越大，集料的阻裂作用越大。用勻質(zhì)材料斷裂力學分析而得的混凝土斷裂韌性，稱為假斷裂韌性。