静态加载速率效应及能量机制试验研究_黄达.pdf

第31卷第2期岩石力学与工程学报Vol.31No.2
2012年2月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringFeb.，2012

粗晶大理岩单轴压缩力学特性的静态加载速率效
应及能量机制试验研究

黄达1，2，3，黄润秋2，张永兴1，3
(1.重庆大学土木工程学院，重庆400045；2.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都610059；

3.重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆400045)

摘要：加载速率对岩石力学性质具有重要影响，影响的程度与岩石本身的微结构和加、卸载应力路径及状态等密
切相关。基于静态加载速率范围内的9个不同等级应变率下粗晶大理岩单轴压缩试验，研究加载应变率对岩石的应
力–应变曲线、破坏形态、强度、弹性模量及变形模量与应变能耗散及释放的影响规律，探讨岩石损伤演化的能
量机制。根据总体积应变及裂纹体积应变与起裂及扩容应力的相关性，确定各应变率下岩石起裂及临界扩容应力。
加载应变率大约以1×10－3s－1为分界点，小于该值时应力–应变曲线峰值点附近仍存在一定的塑性屈服或流动段，
超过该值后表现为“折线”型。随着加载应变率的增加，岩样破裂模式由张剪型逐渐过渡到张性劈裂甚至劈裂弹
射。一般而言，起裂及临界扩容应力和峰值应力均随加载速率增大而增大，且起裂及临界扩容应力越接近峰值强
度，但当应变率为1×10－4～1×10－3s－1时，上述值均出现一个相对低值区间，这与粗晶大理岩的微结构特征相关。
起裂应力、临界扩容应力、弹性模量及变形模量均与峰值强度线性相关。单轴压缩下峰前能量耗散量越多，强度
越高，峰后可释放弹性应变能和释放速率越大，岩石的张性贯通破裂特性愈强，破裂块数越多。能量耗散使岩石
损伤而强度丧失，而能量释放使岩石宏观破裂面贯通而整体破坏。
关键词：岩石力学；单轴压缩；加载应变率；损伤演化；能量释放与耗散
中图分类号：TU45文献标识码：A文章编号：1000–6915(2012)02–0245–11

EXPERIMENTALINVESTIGATIONSONSTATICLOADINGRATE
EFFECTSONMECHANICALPROPERTIESANDENERGYMECHANISM
OFCOARSECRYSTALGRAINMARBLEUNDERUNIAXIAL
COMPRESSION

HUANGDa1，2，3，HUANGRunqiu2，ZHANGYongxing1，3
(1.CollegeofCivilEngineering，ChongqingUniversity，Chongqing400045，China；2.StateKeyLaboratoryofGeohazardPrevention
andGeoenvironmentProtection，ChengduUniversityofTechnology，Chengdu，Sichuan610059，China；3.KeyLaboratoryofNew
TechnologyforConstructionofCitiesinMountainArea，MinistryofEducation，ChongqingUniversity，Chongqing400045，China)

Abstract：Loadingratehasanimportantinfluenceonrockmechanicalproperties.Theinfluencedegreeisclosely
relatedtothemicrostructureofrock，loadingandunloadingpathsandstates，etc..Basedontheuniaxial
compressiontestsofcoarsecrystalgrainmarblewithninestrainratelevelsinrangeofstaticloadingrate，the
influencesofloadingstrainrateonstress-straincurve，failurepattern，strength，elasticmodulus，deformation
modulusandstrainenergydissipationandreleaseofthemarbleareinvestigated；andtheenergymechanismof

收稿日期：2011–09–05；修回日期：2011–10–08
基金项目：国家自然科学基金面上项目(41172243)；国家自然科学基金青年科学基金项目(40902078)；成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国
家重点实验室开放基金项目(