砂岩在分级加载方式下的能量演化-中国期刊网

首页 > 《建筑实践》 > 2022年12期 > 砂岩在分级加载方式下的能量演化

（整期优先）网络出版时间：2022-09-27

作者: 周新宇

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砂岩在分级加载方式下的能量演化

周新宇

河北建筑工程学院河北省张家口市 075000

摘要：为研究岩石在不同分级加卸载方式下的能量演化规律，利用岩石压力机对砂岩进行不同程度的分级加卸载实验。研究结果表明：卸载程度越低，岩石能量演化越激烈，破坏越明显。

关键词：加卸载能量演化

引言：砂岩分布在我国大部分地区[1]，随着建筑产业的不断发展，砂岩破坏问题也受到了越来越多的关注，研究其能量[2]的演化过程也变得十分重要。

实验方案

将砂岩放到压力机上，加载方式一加载次序为0-8-1-16-1-32-破坏，将加下限改为4、7分别定义为加载方式二、三。如图1所示。

图1 加载示意图

实验结果分析

由能量守恒定理可知，岩样在分级加卸载过程中，外界输入的总能量不变，一部分以弹性应变能的形式储存在材料内部是可逆的，卸载时可以释放出来；再一部分能量以试样的塑性变形、裂隙的扩展等形式消耗，称为塑性变形能，是不可逆的。还有一部分转换为外界能量耗散掉，称为耗散能。如图所示。

图2 能量演化示意图

在分级加载过程中，裂隙的萌生、发育、贯通、破坏都伴随着能量的输入、累计、耗散、释放，能量与状态存在对应关系。能量演化是反映岩石内部原有微裂隙产生到破坏本质属性。

由于前两种加载模式在第四个阶段发生破坏，只分析前三个阶段能量演化情况。每一次加卸载过程岩样吸收的总能量、弹性应变能、塑性应变能、耗散能见图3(a)~(d)。随着分级阶段的提高，砂岩各部分能量都呈非线性增长。

由图9可知，加载方式一岩样累计吸收的总能量、可释放的弹性应变能、耗散能及塑性变形能均最大。究其原因，加载上限相同的情况下，卸载下限越低，下次加载时幅值越大，除第一阶段外，其他阶段吸收的总能量就较多。随着分级次数的增加，微裂纹发育，出现新的损伤，岩样在其内部产生新的裂纹并扩展要消耗掉大部分弹性能，耗散能转化、塑性能积累也随之增多。能量流动幅值大对岩样扰动就越明显。从能量演化角度可以反映出分级加卸载上限相同的情况下，下限降低，循环幅值增加，对岩石扰动明显，峰值强度降低的现象。