页岩微纳观尺度雁列式断续裂纹的原位观测

在自然界岩石和工程围岩中，宏观尺度雁列式断续破裂现象较为常见。然而，在微纳观尺度上，是否也存在类似的雁列式断续破裂特征?其扩展与演化过程又是怎样的?这是非常值得探讨的基础科学问题。采用带切槽的弧形页岩试样，在扫描电子显微镜（SEM）下开展原位拉伸与微纳观破裂过程观测试验。基于原位观测分析，获得如下几点认识:（1）在微纳米尺度，依然存在断续破裂现象，呈“S”形或反“S”形雁列式展布，是由裂纹尖端部位拉张-剪切复合应力场及矿物非均质性共同诱导形成的。（2）微纳观雁列式断续裂纹总体展布特征和扩展、演化过程是有规律可循的，相邻微裂纹近似平行展布。对单个裂纹来讲，中间的拉张裂纹近似平行于最大拉张应力方向，而两端翼裂纹转向朝着最大剪切应力方向扩展。（3）微纳观雁列式断续裂纹仅代表着主裂纹路径形成过程中的暂时的剪切变形状态或某个中间扩展阶段。（4）雁列式断续裂纹在微米至纳米尺度上具有多尺度分层级结构特征:相对较大尺度的雁列式断续裂纹包含着更小尺度的次级雁列式断续裂纹。该研究提供了微纳观尺度页岩雁列式破裂的观测证据，为分析页岩多尺度裂纹演化过程提供了重要支撑。