砂岩循环加卸载过程能量的演化与损伤特性 论文

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为了获得岩石加卸载过程中的能量演化与损伤特性，我们开展了不同围压下砂岩循环加卸载的力学特性实验。基于能量平衡理论，我们分析了不同围压下砂岩加卸载过程中的能量密度转化规律，并从能量耗散的角度定义了损伤变量，最终建立了基于耗散能的损伤模型。结果表明，在不同围压下，砂岩的循环加卸载过程中的能量演化趋势表现出一致性。

在压密阶段和弹性变形阶段，能量消耗主要用于原生微裂隙的受压闭合，加载过程中输入的能量主要转化为弹性应变能。在高应力水平下的屈服阶段，耗散能密度的增加速度逐渐加快，但在峰值应力前，主要以弹性能的储存为主。当围压越大时，岩石的弹性储能极限也越大。在峰后阶段，以能量耗散为主，弹性应变能密度急剧减少，而耗散能密度急剧增加。

在应力屈服点之前，各循环阶段的损伤较小，累积损伤随着循环次数呈线性增加。而在应力屈服点之后，岩石内部新生裂纹开始萌生和扩展，导致耗散能量的显著增加，绝对损伤和累积损伤均显著增大。