黨亞倩 王團(tuán)結(jié) 汪洪菊 吳亞敏 梁玉晴

(1.鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院,河南 新鄭 451100;2.南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,天津 300350;3.中國建筑第七工程局有限公司,河南 鄭州 450000)

深地下工程在高應(yīng)力條件下開挖擾動(dòng)過程中,若施工速度過快會(huì)導(dǎo)致圍壓發(fā)生脆性破壞,甚至引發(fā)劈裂破壞、坍塌、巖爆等地質(zhì)災(zāi)害[1,2]。而上述地質(zhì)災(zāi)害本質(zhì)上是由于過快的應(yīng)力加載速率導(dǎo)致圍巖瞬間喪失承載能力,因此認(rèn)識(shí)不同加載速率下硬巖力學(xué)性質(zhì)對于深地下工程安全設(shè)計(jì)、工程安全穩(wěn)定性與快速施工具有重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義[3-5]。

許多學(xué)者對不同應(yīng)變率下硬巖的力學(xué)性質(zhì)展開了相關(guān)的研究,國內(nèi)外學(xué)者將加載應(yīng)變率劃分為3 個(gè)區(qū)間:低應(yīng)變率(ε'＜10-4s-1)、中等應(yīng)變率(10-4s-1＜ε'＜102s-1)和高應(yīng)變率(ε'＞102s-1)[6]。黃達(dá)等[7]對大理巖開展了應(yīng)變率范圍在1×10-5～1×10-1s-1內(nèi)的單軸壓縮試驗(yàn),得出在此應(yīng)變率范圍內(nèi)大理巖起裂應(yīng)力與峰值應(yīng)力均隨應(yīng)變率增大而增大。Y.Mahmutoglu[8]對大理石開展了不同應(yīng)變率下的單軸壓縮試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明隨著加載應(yīng)變率的降低,大理石的壓縮強(qiáng)度明顯降低。蘇承東等[9]對大理巖開展了不同應(yīng)變率下的單軸壓縮試驗(yàn),得出大理巖的峰值強(qiáng)度與加載應(yīng)變速率呈正相關(guān),且可采用二次多項(xiàng)式進(jìn)行描述。Li X B 等[10]研究發(fā)現(xiàn)硬巖在中等加載應(yīng)變率下變形參數(shù)如泊松比、初始彈性模量隨應(yīng)變率的變化較小。紀(jì)文棟等[11]通對鹽巖在低應(yīng)變率范圍加載,試驗(yàn)結(jié)果表明隨著加載應(yīng)變率的增加鹽巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞更嚴(yán)重。尹小濤等[12]模擬了不同應(yīng)變率下砂巖的破壞,得出了加載速率的增加破壞優(yōu)勢剪切帶的發(fā)展,使材料的力學(xué)特性表現(xiàn)出極大的偽增強(qiáng),能量損傷增大。上述研究全面地闡述了加載應(yīng)變率對硬巖力學(xué)性質(zhì)的影響,而巖石破壞的本質(zhì)是能量耗散[13,14],因此研究巖石在加載下變形破壞過程能量的吸收、儲(chǔ)存和釋放規(guī)律,從能量角度揭示巖石的力學(xué)特性和損傷機(jī)制,對于認(rèn)識(shí)巖石的損傷演化具有重要意義[15-17]。

本研究對砂巖試樣開展了不同應(yīng)變率(2×10-6～2×10-3s-1)下的單軸壓縮試驗(yàn),獲取了不同加載應(yīng)變率下砂巖試樣的全應(yīng)力應(yīng)變曲線,并分析了不同應(yīng)變率對砂巖峰值應(yīng)力、應(yīng)變與彈性模量的影響。研究了不同應(yīng)變率下砂巖加載變形破壞過程中能量的吸收、儲(chǔ)存與釋放特征?；谀芰績?chǔ)存與耗散規(guī)律確定了砂巖試樣的損傷應(yīng)力。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試樣制備

按照國際巖石力學(xué)協(xié)會(huì)(ISRM)及國家標(biāo)準(zhǔn)的建議方法將砂巖加工成直徑為50 mm、高為100 mm 的圓柱體,試件兩端面的不平整度不大于0.5 mm,試件的高度上直徑或邊長的誤差不大于0.3 mm,如圖1所示。測點(diǎn)砂巖試樣平均密度為2.428 g/cm3,通過檢測得到砂巖較為均質(zhì),其平均波速為2 490 m/s。

圖1 砂巖試樣Fig.1 Sandstone sample

1.2 試驗(yàn)儀器和試驗(yàn)方案

本研究加載裝置采用由中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所自主研發(fā)的RMT-150B 巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng),如圖2所示。該巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)可由液壓伺服控制進(jìn)行應(yīng)力加載和位移加載,其位移加載速率可控制在0.000 1～1 mm/s 范圍內(nèi),砂巖試樣高100 mm,即應(yīng)變率可控制在10-6～10-2s-1范圍內(nèi),RMT-150B 巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)在加載過程中可實(shí)現(xiàn)軸向、橫向位移實(shí)時(shí)采集。本研究共設(shè)置4 組準(zhǔn)靜態(tài)加載應(yīng)變速率,分別為2×10-3s-1,2×10-4s-1,2×10-5s-1,2×10-6s-1。

圖2 RMT-150B 巖石力學(xué)試驗(yàn)機(jī)Fig.2 RMT-150B rock mechanics testing machine

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 不同應(yīng)變率下砂巖應(yīng)力應(yīng)變曲線

圖3為不同加載應(yīng)變率下砂巖的應(yīng)力應(yīng)變曲線。

圖3 不同加載應(yīng)變率下砂巖試樣應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.3 Stress-strain curves of sandstone samples under different loading strain rates

由圖3 可知在不同應(yīng)變率下砂巖單軸壓縮變形破壞過程中均經(jīng)歷了初始?jí)好茈A段、線彈性變形階段,塑性變形階段和峰后破壞階段。在初始?jí)好茈A段,不同加載應(yīng)變率下砂巖的應(yīng)力應(yīng)變曲線完全相同,在這一階段砂巖試樣的應(yīng)變隨著應(yīng)力的施加而顯著增大。在彈性變形階段,砂巖試樣主要發(fā)生可逆的彈性變形,因此試樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線近似為線性,此時(shí),加載應(yīng)變率越大,砂巖試樣應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率也愈大。隨著軸向荷載的持續(xù)施加,砂巖試驗(yàn)進(jìn)入塑性變形階段,此時(shí)砂巖試樣主要發(fā)生不可逆的塑性變形,且加載應(yīng)變率越小,砂巖試樣塑性變形階段越長,當(dāng)加載應(yīng)變率為2×10-6s-1時(shí)砂巖試樣峰前階段的塑性應(yīng)變大于0.002,且峰前屈服現(xiàn)象明顯,而當(dāng)加載應(yīng)變率增大到2×10-3s-1時(shí)砂巖試樣峰前塑性變形現(xiàn)象較弱。在峰后破壞階段,在較高的加載應(yīng)變率情況下砂巖試樣峰后應(yīng)力跌落現(xiàn)象顯著,表現(xiàn)為突然的脆性破壞;而在加載應(yīng)變率較小(2×10-6,2×10-5s-1)時(shí),砂巖試樣應(yīng)力應(yīng)變曲線在峰后破壞階段出現(xiàn)多次應(yīng)力跌落現(xiàn)象,階段性弱化作用明顯。

2.2 應(yīng)變率對砂巖力學(xué)參數(shù)影響

表1為不同加載應(yīng)變率下砂巖試樣的峰值應(yīng)力、應(yīng)變與彈性模量。

表1 不同加載應(yīng)變率下砂巖力學(xué)參數(shù)Table 1 Mechanical parameters of sandstone under different loading strain rates

由表1 可知,加載應(yīng)變率對砂巖試樣力學(xué)參數(shù)有較大的影響,砂巖試樣的峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變和彈性模量均隨著加載應(yīng)變率的增大而增大,但加載應(yīng)變率對砂巖試樣的單軸抗壓強(qiáng)度影響顯著,當(dāng)加載應(yīng)變率由2×10-6s-1增加到2×10-3s-1時(shí),砂巖試樣的單軸抗壓強(qiáng)度增加了20.62 MPa,而砂巖試樣的峰值應(yīng)變增幅較小。在應(yīng)變率小于2×10-4s-1時(shí),砂巖試樣彈性模量增幅顯著,而當(dāng)加載應(yīng)變率增大到2×10-4s-1后砂巖彈性模量變化率較小,而根據(jù)Li X B 的研究[10]可知,在中等加載應(yīng)變率下,硬巖的變形參數(shù)如彈性模量、泊松比隨應(yīng)變率的變化較小。

加載應(yīng)變率與砂巖試樣的抗壓強(qiáng)度、峰值應(yīng)變的關(guān)系如圖4所示,由圖4 可知砂巖抗壓強(qiáng)度、峰值應(yīng)變同加載應(yīng)變率具有良好的對數(shù)關(guān)系,擬合得到的相關(guān)系數(shù)(R2)均大于0.95。如圖4所示,l處應(yīng)變率為1×10-4s-1,在低加載應(yīng)變率(加載應(yīng)變率小于1×10-4s-1)時(shí),砂巖試樣抗壓強(qiáng)度、峰值應(yīng)變隨加載應(yīng)變率的增快而顯著增加,其曲線增長較為陡峭。而在中等加載應(yīng)變率(加載應(yīng)變率大于1×10-4s-1)時(shí),砂巖試樣單軸抗壓強(qiáng)度與峰值應(yīng)變的率效應(yīng)減弱,其曲線增長趨勢減緩。在低加載應(yīng)變率情況下,砂巖材料巖石顆粒間應(yīng)力不斷地轉(zhuǎn)移與調(diào)整,這導(dǎo)致砂巖試樣內(nèi)部初始微裂紋擴(kuò)展與后續(xù)損傷的發(fā)展比較充分,在此過程中砂巖試樣結(jié)構(gòu)承載力不斷被削弱,導(dǎo)致砂巖試樣強(qiáng)度較低;而當(dāng)加載應(yīng)變率較高時(shí),砂巖試樣內(nèi)部顆粒間應(yīng)力還未來得及轉(zhuǎn)移與調(diào)整就發(fā)生破壞,此時(shí)砂巖在破壞前損傷發(fā)育不充分,其結(jié)構(gòu)的承載力發(fā)揮較為完全,巖樣具有較高的強(qiáng)度。

圖4 加載應(yīng)變率與峰值應(yīng)力、應(yīng)變的關(guān)系Fig.4 The relationship between loading strain rates and peak stress and strain

3 能量演化特征與損傷規(guī)律

3.1 能量計(jì)算原理

能量的釋放是巖石材料受載變形破壞的本質(zhì)屬性,巖石材料的加載變形破壞總伴隨著能量的儲(chǔ)存、吸收與釋放的動(dòng)態(tài)過程[16-17]。由熱力學(xué)第一定律可知,在外部系統(tǒng)對試樣做功輸入能量時(shí),若不考慮外界溫度差所產(chǎn)生的熱能,則外界系統(tǒng)對巖石材料所輸入的能量一部分以可釋放的彈性應(yīng)變能的形式儲(chǔ)存在巖石內(nèi)部,而另一部分則轉(zhuǎn)換為耗散能用于巖石材料產(chǎn)生不可逆的塑性變形、表面能與損傷能等[13]。

式中,U為外力輸入的能量;Ue為巖體儲(chǔ)存的彈性應(yīng)變能;Ud為耗散能,用于巖石內(nèi)部損傷和塑性變形。復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下巖石試樣各部分能量在主應(yīng)力空間可以表示為

式中,σ1、σ2、σ3分別為最大主應(yīng)力、中間主應(yīng)力和最小主應(yīng)力;ε1、ε2、ε3分別為最大主應(yīng)力方向應(yīng)變、中間主應(yīng)力方向應(yīng)變、最小主應(yīng)力方向應(yīng)變。本研究為單軸壓縮狀態(tài),因此,砂巖在加載變形破壞過程中吸收的總彈性應(yīng)變能可按照下式計(jì)算:

式中,Ei為砂巖試樣在相應(yīng)時(shí)刻的卸荷彈性模量;E0為砂巖試樣的初始彈性模量;μ為砂巖試樣的泊松比。在計(jì)算砂巖試樣儲(chǔ)存的彈性應(yīng)變能時(shí),可用初始彈性模量代替卸荷彈性模量[7]。

3.2 砂巖能量儲(chǔ)存、吸收和耗散規(guī)律

在巖石材料從外界系統(tǒng)吸收與儲(chǔ)存的能量達(dá)到其極限儲(chǔ)能能力時(shí),巖石材料所吸收與儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)換為表面能、耗散能,使得砂巖試樣發(fā)生破裂損傷,而能量的耗散與巖石材料的損傷和強(qiáng)度喪失有著密切的關(guān)聯(lián),能量的耗散量反映了原始強(qiáng)度衰減的程度。圖5分別為不同加載應(yīng)變率下砂巖加載變形破壞過程中總能量、彈性應(yīng)變能與耗散能變化規(guī)律。

圖5 不同應(yīng)變率下砂巖能量儲(chǔ)存、吸收和耗散規(guī)律Fig.5 Energy storage,absorption and dissipation rules of sandstone under different strain rates

由圖5 可知,應(yīng)變率對砂巖變形破壞過程中能量的吸收、儲(chǔ)存和釋放規(guī)律具有較大的影響。由圖5(a)可知,砂巖試樣在單軸壓縮變形破壞過程中從外界系統(tǒng)吸收的能量隨變形的發(fā)生而不斷增加,在初始?jí)好茈A段與線彈性變形階段初期砂巖試樣總能量曲線增長較為平緩,此后總能量曲線斜率逐漸增大。由5(a)可知,當(dāng)加載應(yīng)變率小于2×10-4s-1時(shí),在塑性變形之前砂巖吸收的總能量基本相同,而在塑性階段與峰后變形階段加載應(yīng)變率越大,砂巖試樣所吸收的總能量也越多,這是由于在加載應(yīng)變率較低的時(shí)候,砂巖試樣損傷的發(fā)育隨變形的發(fā)展較為充分導(dǎo)致巖樣吸收的能量逐漸減弱。由圖5(b)可知,砂巖試驗(yàn)儲(chǔ)存能量與其受力狀態(tài)、加載應(yīng)變率均有著顯著的關(guān)系,圖5(b)中的彈性能應(yīng)變曲線與圖3 中的應(yīng)力應(yīng)變曲線高度相似,均具有明顯的階段性。在壓密階段砂巖試驗(yàn)基本上沒有儲(chǔ)存能量,因此加載應(yīng)變率對能量的儲(chǔ)存沒有影響;在線彈性變形階段,砂巖試樣所吸收的能量主要以彈性應(yīng)變能的形式儲(chǔ)存在巖樣之中,且?guī)r石儲(chǔ)存能量的速率隨著加載應(yīng)變率的增大而顯著增大;在塑性變形階段,砂巖試樣所吸收的能量一部分轉(zhuǎn)換為用于塑性變形的耗散能,此時(shí)彈性應(yīng)變能增加速率下降。據(jù)圖5(c)可知,在塑性階段由于砂巖巖樣內(nèi)部萌生大量的微裂紋,隨著裂紋的發(fā)展、匯合,試樣變形塑性增加,此時(shí)砂巖試樣能量耗散現(xiàn)象顯著,且加載應(yīng)變率越低能量耗散現(xiàn)象越明顯;在峰值階段,砂巖試樣儲(chǔ)存能量達(dá)到其極限儲(chǔ)能,可用來表征砂巖試樣在峰后階段釋放能力的能力,巖石材料的極限儲(chǔ)能越大越不宜受到能量驅(qū)動(dòng)而破壞,但破壞時(shí)會(huì)釋放出較大的能量。由圖5(b)可知,加載應(yīng)變率越大砂巖試樣的極限儲(chǔ)能也越大,當(dāng)加載應(yīng)變率為2×10-6s-1、2×10-5s-1時(shí)砂巖試樣的極限儲(chǔ)能為0.135 MJ/m3、0.147 MJ/m3,當(dāng)加載應(yīng)變率為2×10-4s-1、2×10-3s-1時(shí)砂巖試樣的極限儲(chǔ)能為0.204 MJ/m3、0.248 MJ/m3,即當(dāng)從低加載應(yīng)變率到中加載應(yīng)變率砂巖極限儲(chǔ)能增加了約1.6 倍。由圖5(c)可知,加載應(yīng)變率越大,在峰后破壞階段砂巖試樣耗散能曲線的斜率越大。因此,在加載應(yīng)變率較大的時(shí)候,砂巖試樣在峰后破壞階段極易且快速地釋放出大量能量,從而產(chǎn)生巖塊彈射的現(xiàn)象。而在工程中,當(dāng)施工速度較快時(shí),易誘發(fā)巖塊彈射、崩塌、巖爆等地質(zhì)災(zāi)害。

3.3 不同應(yīng)變率下砂巖試樣能量儲(chǔ)存率與耗散率規(guī)律

由上述研究可知,能量的吸收與釋放能夠反映砂巖試樣在不同加載應(yīng)變率下受荷變形過程中的損傷演化規(guī)律。而巖石加載破壞過程中損傷是一個(gè)動(dòng)態(tài)演化過程,單純地通過分析各能量來研究巖石加載破壞過程中階段性損傷的率效應(yīng)仍然存在一定的局限性,因此,本文研究了砂巖試樣在不同加載應(yīng)變率下破壞過程中總能量與耗散能的變化率,其計(jì)算式為

式中,Ui+1、Ui分別為ti+1、ti時(shí)刻砂巖試樣吸收的能量;分別為ti+1、ti時(shí)刻砂巖的耗散能。不同應(yīng)變率下砂巖加載變形破壞過程中總能量、耗散能變化率如圖6所示。

圖6 不同應(yīng)變率砂巖能量儲(chǔ)存率和耗散率變化規(guī)律Fig.6 Variation rules of energy storage rate and dissipation rate of sandstone under different strain rates

由圖6 可知,加載應(yīng)變率越大,砂巖試樣總能量變化率與耗散能變化率也越大,當(dāng)加載應(yīng)變率為2×10-6s-1時(shí)砂巖試樣能量儲(chǔ)存率最大值為0.15 MJ/(m3·s),能量釋放率最大值為2.7 MJ/(m3·s);當(dāng)加載應(yīng)變率增加到2×10-3s-1時(shí)砂巖試樣能量儲(chǔ)存率最大值為1.7 MJ/(m3·s),能量釋放率最大值為35 MJ/(m3·s)。

當(dāng)加載應(yīng)變率為2×10-6s-1、2×10-5s-1和2×10-4s-1時(shí),砂巖試樣的總能量變化率與耗散能變化率在不同時(shí)刻的階段性顯著,在壓密階段與彈性階段,由于軸向應(yīng)力的施加砂巖試樣的總能量變化率呈線性增長;在塑性階段,總能量變化率增長趨勢減緩,耗散能變化率逐漸增加,表明此時(shí)砂巖試樣內(nèi)部出現(xiàn)的能量耗散現(xiàn)象導(dǎo)致巖石材料發(fā)生損傷并削弱其吸能能力。在峰后階段,低加載應(yīng)變率下砂巖仍具有較強(qiáng)的吸能能力,此時(shí)總能量變化率逐漸減小,表明此時(shí)砂巖試樣仍具有較強(qiáng)的承載能力,在這一階段能量耗散現(xiàn)象逐漸活躍,且在應(yīng)力跌落處耗散能變化率急劇增加。當(dāng)加載應(yīng)變率為2×10-3s-1時(shí),由于較快的應(yīng)力加載速率,砂巖試樣在破壞之前其總能量變化率均保持在一個(gè)較大的值,而在其破壞時(shí),砂巖試樣總能量變化率高達(dá)1.7 MJ/(m3·s),耗散能變化率瞬間激增至35 MJ/(m3·s)。此時(shí)砂巖試樣在破壞之前所儲(chǔ)存大量的能量會(huì)在破壞時(shí)急劇釋放,從而引起砂巖試樣微裂紋迅速劈裂貫通、致使其瞬時(shí)喪失承載能力,在破壞時(shí)釋放的能量轉(zhuǎn)換為巖塊的動(dòng)能,導(dǎo)致破壞時(shí)具有一定的沖擊性。

3.4 基于能量儲(chǔ)存耗散法的特征應(yīng)力確定

圖7為不同加載應(yīng)變率下砂巖試樣在加載變形破壞過程中能量比(Ue/U、Ud/U)的變化規(guī)律。

圖7 不同應(yīng)變率下能量比變化規(guī)律Fig.7 Variation rules of energy ratio at different strain rates

從圖7 中可以看出,不同應(yīng)變率下砂巖試樣彈性應(yīng)變能、耗散能與總能量比曲線均呈S 形,其能量比演化過程可分為3 個(gè)階段,為方便研究,暫取每個(gè)階段的閾值分為0.1 與0.8。當(dāng)σ/σc＜0.1 時(shí)由于試樣原生孔隙被壓密閉合,此時(shí)Ue/U逐漸減小、Ud/U逐漸增加。當(dāng)0.1＜σ/σc＜0.8 時(shí),在此階段砂巖試樣不斷吸收能量且主要以彈性應(yīng)變能的形式儲(chǔ)存,這導(dǎo)致Ue/U逐漸增加,Ud/U不斷減小,在這階段末期,砂巖試樣微裂紋開始萌生,因而Ue/U增加的趨勢與Ud/U減小的趨勢均減緩。當(dāng)0.8＜σ/σc時(shí),砂巖試樣吸收與儲(chǔ)存的能量開始耗散,試樣內(nèi)部微裂紋開始加速擴(kuò)展與貫通,最終形成宏觀破裂面而導(dǎo)致砂巖試樣發(fā)生失穩(wěn)破壞,因此在這一階段,Ue/U逐漸減小,Ud/U顯著增加。

由上述研究可知,砂巖試樣變形破壞過程中能量儲(chǔ)存、耗散現(xiàn)象與其微裂紋發(fā)育損傷程度密切相關(guān),因此可利用能量耗散理論確定巖石的特征應(yīng)力[18],劉曉輝等[19]定義上述階段Ⅱ與階段Ⅲ的臨界點(diǎn)為巖石的損傷應(yīng)力σci點(diǎn),基于此,確定了不同應(yīng)變率下的損傷應(yīng)力點(diǎn)如圖8所示。

圖8 不同應(yīng)變率下砂巖試樣損傷應(yīng)力點(diǎn)Fig.8 Damage stress points of sandstone samples under different strain rates

從圖8 可以看出,加載應(yīng)變率越大砂巖試樣壓密階段的應(yīng)變越大,當(dāng)加載應(yīng)變率為2×10-3s-1時(shí),砂巖試樣壓密階段能量耗散現(xiàn)象規(guī)律性較弱。依據(jù)圖8 得到了不通加載應(yīng)變率下砂巖試樣的損傷應(yīng)力點(diǎn)以及損傷應(yīng)力如表2所示。

表2 不同應(yīng)變率下砂巖試樣特征應(yīng)力Table 2 Characteristic stresses of sandstone samples under different strain rates

表2 給出了不同應(yīng)變率下砂巖損傷應(yīng)力σci,由表2 可知,加載應(yīng)變率越大砂巖試樣的損傷應(yīng)力比與損傷應(yīng)力也越大,其損傷應(yīng)變也越大,但其裂紋加速擴(kuò)展階段的應(yīng)變顯著減小。這是由于應(yīng)變率較低時(shí),砂巖試樣在微裂紋加速擴(kuò)展階段之前損傷發(fā)育相對較高、微裂紋充分?jǐn)U展,這為微裂隙加速擴(kuò)展提供了先決條件,因此其損傷應(yīng)力和損傷應(yīng)變相對較小。

4 結(jié) 論

為研究不同應(yīng)變率下砂巖力學(xué)性質(zhì)與能量演化規(guī)律,開展了不同應(yīng)變率下的砂巖單軸壓縮試驗(yàn),得到了如下主要結(jié)論:

(1)加載應(yīng)變率對砂巖試樣力學(xué)參數(shù)有較大的影響,砂巖試樣的峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變和彈性模量均隨著加載應(yīng)變率的增大而增大,但加載應(yīng)變率對砂巖試樣的單軸抗壓強(qiáng)度影響顯著,而對彈性模量的影響較小。

(2)砂巖試樣總能量變化率與耗散能變化率隨加載應(yīng)變率增大而顯著增大,在加載應(yīng)變率較小時(shí)砂巖試樣的總能量變化率與耗散能變化率在不同時(shí)刻的階段性顯著。

(3)基于巖石能量儲(chǔ)存、耗散現(xiàn)象與其微裂紋發(fā)育損傷程度的內(nèi)在聯(lián)系,確定了砂巖試樣的損傷應(yīng)力與損傷應(yīng)變。加載應(yīng)變率越大砂巖試樣的損傷應(yīng)力比與損傷應(yīng)力也越大,其損傷應(yīng)變也越大,但其裂紋加速擴(kuò)展階段的應(yīng)變顯著減小。