The effect of anisotropy on the Kl calibration of ISRM standard fracture toughness specimens

A 3-D finite element analysis was carried out in order to investigate the effect of material anisotropy on the Κ I values of the ISRM standard specimens for the fracture toughness testing of rock. This paper analyses the case of transverse isotropy. Numerical results show that the ratio n of Young’s moduli has a significant effect on K I for the ST and ARR configurations of SR specimen. The relation between K I and log n is almost linear. This provides a simple calibration formula in the evaluation of the fracture toughness of transversely isotropic rocks. For the CB specimen, however, the effect of anisotropy is quite small. The effect of the Poisson’s ratio is further almost negligible for both specimens. Des analyses FEM tridimensionelles ont été réalisées en vue de vérifier l’effet de l’anistropie sur les valeurs de Κ I des éprouvettes standardises d’ISRM pour la ténacité des roches. Ce papier analyse le cas de l’isotropie transversale. Les résultats numériques montrent un effet significatif du quotient n des modules d’elasticité sur l’eprouvette SR quand la fissure a la direction ST ou ARR. On a trouvé que K I est une fonction de log n presque linéaire. Cette circonstance donne un facteur de calibrage très simple dans la détermination de la ténacité des roches avec l’isotropie transversale. Pour l’eprouvette CB d’autre part, l’influence de l’anisotropie est minimale. De plus, l’influence du facteur de Poisson est presque négligeable pour les deux éprouvettes. Mit einer dreidimensionalen FEM-Analyse wurde der Einfluss der Materialanisotropie auf die K I -Werte der ISRM-Standardprobekörper für Bruchzähigkeitsmessungen an Gestienen untersucht. Dieser Beitrag behandelt den Fall transversaler isotropie. Numerische Resultate zeigen, dass der Quotient n der Elastizitätsmodulen einen erheblichen Einfluss auf K I des SR-Probekörpers hat, wenn der Riss in der ST oder ARR Orientierung liegt. Κ I ist von log n fast linear abhängig. Dies führt zu einer einfachen Korrektionsformel bei der Bruchzähigkeitsbestimmung von transversal isotropen Gesteinen. Für den CB-Probekörper ist der Einfluss der Anisotropie dagegen klein. Weiterhin ist die Abhängigkeit von Κ I von der Querdehnungszahl für beide Probekörper fast vernachlässigbar.