A Critical Review of Fracture Toughness Laboratory Tests in Rock

RÉSUMÉ: La mécanique de la rupture s'intéresse à la manière dont les matériaux se rompent sous l'effet d'une charge, la ténacité à la rupture (Kc) quantifiant la résistance d'un matériau à la propagation d'une fissure. Dans le contexte des dépôts géologiques profonds (DGR), cette propriété est essentielle pour la conception de l'ingénierie des roches. Cependant, en mécanique des roches, les essais de ténacité à la rupture manquent de normalisation. Plus de 15 procédures différentes sont utilisées dans la recherche, produisant des résultats incohérents et non comparables. Cet article passe en revue l'état actuel de la pratique des essais de résistance à la rupture dans les roches, en se concentrant sur les géométries des échantillons et en évaluant leurs forces et leurs limites. Il met l'accent sur la nécessité de normaliser les procédures de laboratoire en examinant la variabilité de la résistance à la rupture. Nous proposons les méthodes Chevron Bend (CB), basée sur les carottes de forage, et Cracked Chevron Notched Brazilian Disk (CCNBD), basée sur les disques brésiliens, comme les meilleurs candidats pour un développement ultérieur vers la normalisation.

ABSTRACT: Fracture mechanics is concerned with how materials fail under load, with fracture toughness (Kc) quantifying a material’s resistance to crack propagation. In the context of Deep Geological Repositories (DGRs), this property is critical for rock engineering design. However, in rock mechanics, fracture toughness testing lacks standardization. Over 15 different procedures are used in research, yielding inconsistent and non-comparable results. This paper reviews the current state of practice of fracture toughness testing in rock, focusing on specimen geometries and evaluating their strengths and limitations. It emphasizes the need for standardization in laboratory procedures through a discussion of fracture toughness variability. We propose the drill core-based Chevron Bend (CB) and Brazilian disk-based Cracked Chevron Notched Brazilian Disk (CCNBD) methods as top candidates for further development toward standardization.