变上限循环加卸载裂隙砂岩宏细观损伤特征研究

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作者 刘广建 周浩 +4 位作者 牟宗龙 王康宇 裘伟奇 陈曦 王志成 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期77-89,共13页

为研究裂隙岩体在循环荷载作用下的宏细观损伤特征,以不同长度预制裂隙砂岩为研究对象,开展变上限循环加卸载试验,分析岩样的力学特性和宏观破坏特征;基于XRD分析结果构建裂隙砂岩UDEC数值模型,分析模型的细观损伤规律并揭示其机制。结... 为研究裂隙岩体在循环荷载作用下的宏细观损伤特征,以不同长度预制裂隙砂岩为研究对象,开展变上限循环加卸载试验,分析岩样的力学特性和宏观破坏特征;基于XRD分析结果构建裂隙砂岩UDEC数值模型,分析模型的细观损伤规律并揭示其机制。结果表明:加卸载作用能够强化裂隙较小岩样的抗变形能力,相反会增加裂隙较大岩样的破坏速度;随预制裂隙长度增大,岩样宏观破坏特征由拉剪复合破坏转化为以剪切破坏为主,且损伤的不可逆性逐渐提高;加卸载作用下岩样的损伤演化过程可划分为“弹性-强化-疲劳-破坏”4个阶段,弹性阶段模型未产生损伤,强化阶段模型形成有效抗力结构,疲劳阶段累积损伤大幅提高,卸载时张拉裂纹扩展;疲劳阶段加载过程裂纹相互扩展连结,相邻剪切微裂纹之间块体的接触点被破坏,块体间的连结失效,卸载过程应力下降模型松弛,块体间失效的连结在此时张开进而导致张拉裂纹在剪切微裂纹间萌生,加快模型的失稳破坏。研究结果揭示了变上限循环加卸载下裂隙砂岩的宏细观损伤特征,为科学评价工程稳定性提供参考。 展开更多

关键词 裂隙砂岩 变上限循环加卸载 宏观破坏特征 细观损伤规律 疲劳阶段

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循环荷载下白云岩渐进损伤试验研究

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作者 黄颖异 陈世万 +2 位作者 余波 郑克勋 左双英 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2025年第1期231-243,共13页

【目的】为揭示岩溶区抽水蓄能电站的典型碳酸盐岩基岩在抽水蓄能运行过程中循环荷载作用下的损伤发展及破坏机制,【方法】对岩溶区的典型地层白云岩开展了分级循环加载试验和大循环加载试验。【结果】结果表明:(1)分级循环加载过程中,... 【目的】为揭示岩溶区抽水蓄能电站的典型碳酸盐岩基岩在抽水蓄能运行过程中循环荷载作用下的损伤发展及破坏机制,【方法】对岩溶区的典型地层白云岩开展了分级循环加载试验和大循环加载试验。【结果】结果表明:(1)分级循环加载过程中,低应力循环时[(0.15~0.35)σ_(ucs),(0.35~0.55)σ_(ucs)],以孔隙压密为主;高应力循环时[(0.75~0.95)σ_(ucs)],各循环均产生不可逆应变,损伤持续积累,变形模量出现降低而泊松比持续增大。(2)应力超过“疲劳应力门槛值”时[(0.85~0.90)σ_(ucs)],声发射信号在循环加卸载过程中持续产生,损伤开始积累至岩样破坏。(3)对于大循环加载试验,应力范围为(0.30~0.85)σ_(ucs)时,试样未破坏;应力范围为(0.30~0.90)σ_(ucs)损伤可分为:初始压密塑性变形段、损伤稳定累积段、损伤加速累积段;应力范围为(0.30~0.95)σ_(ucs)时,试样损伤快速加剧至破坏,损伤阶段性不明显。【结论】认识了白云岩加、卸过程中能量演化规律及力学性质劣化机制,研究成果可为岩溶洼地抽水蓄能水库设计和工程监测提供支撑。 展开更多

关键词 循环加卸载 声发射 疲劳特性 B值 损伤变量 影响因素 力学性能

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不同夹角与厚度交叉裂隙类岩体蠕变力学性能及损伤破坏

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作者 卢小雨 李直勇 +3 位作者 董春亮 谢雅 张博文 郝建平 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2025年第2期216-231,共16页

【目的】地下岩体在长期历史地质活动中,内部存在大量裂隙,势必劣化岩体的蠕变力学性能及其抵抗破坏的能力。为揭示分级循环加卸载长期作用下裂隙夹角与厚度的变化对含交叉裂隙类岩体蠕变力学性能和损伤破坏的影响规律。【方法】根据循... 【目的】地下岩体在长期历史地质活动中,内部存在大量裂隙,势必劣化岩体的蠕变力学性能及其抵抗破坏的能力。为揭示分级循环加卸载长期作用下裂隙夹角与厚度的变化对含交叉裂隙类岩体蠕变力学性能和损伤破坏的影响规律。【方法】根据循环加卸载蠕变试验曲线计算各级循环时的能量,并通过能量耗散法和声发射技术结合试样强度分析不同裂隙试样的蠕变力学性能和损伤破坏规律。【结果】结果显示:试样在分级循环加卸载下应力-应变曲线出现明显的滞回圈,裂隙的夹角和厚度对峰值强度与长期强度均起到劣化作用,且后者的影响要略高于前者;试样在不同裂隙条件下的输入能,弹性能和耗散能变化规律相似,损伤变量D值随循环次数增加不断递增;声发射累计振铃数在加卸载过程中会出现明显的突变,且在试样产生裂纹时突变范围越大。【结论】结果表明:从滞回圈和能量损伤D值揭示了试验过程中产生的不可逆损伤是导致试样强度变化的主要因素;从声发射累计振铃计数结合声发射信号定位图可用于判断试样内部裂隙与局部破坏的产生时间和位置,裂隙厚度与夹角越大的试样,累计振铃计数信号出现爆发式增长的时间越早,试样产生破坏时的应力越小。 展开更多

关键词 裂隙 循环加卸载 蠕变 能量 损伤变量D值 声发射 力学性能 影响因素

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峰前峰后循环加卸载对砂岩动力特性的影响 被引量：2

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作者 王瑞红 贾敬茹 +3 位作者 骆浩 危灿 张健锋 贾依行 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2024年第3期94-101,共8页

为深入分析砂岩峰前和峰后不同阶段的动力特性规律,开展单轴分级循环加卸载试验,综合分析下限应力对砂岩峰前峰后不同加卸载阶段的表观弹性模量、滞回圈面积、阻尼比、阻尼系数及动弹性模量等相关动力参数的影响。研究结果表明:①岩样... 为深入分析砂岩峰前和峰后不同阶段的动力特性规律,开展单轴分级循环加卸载试验,综合分析下限应力对砂岩峰前峰后不同加卸载阶段的表观弹性模量、滞回圈面积、阻尼比、阻尼系数及动弹性模量等相关动力参数的影响。研究结果表明:①岩样在峰后因内部损伤加深和累积,相同下限应力下滞回曲线位于峰前右侧,且应变量增幅和最大应变增幅均随下限应力的增加而逐渐减小,说明峰后岩样虽然强度已达到极限状态,但只要岩石未完全破坏失稳,其致密性仍可以在高应力条件下的循环加卸载中得到增强。②砂岩在峰前峰后循环加卸载下的变化过程,可以通过表观弹性模量曲线斜率a值的变化得以体现,低下限应力循环加卸载试验中,致密性增强系数a_(1)>致密性劣化系数a_(2),斜率a均为正值,轴向应力对岩石整体的压密作用明显强于劣化损伤作用;随着下限应力升高,a_(2)的降低速率高于a_(1)的升高速率,a值逐渐减小甚至变为负值,说明轴向应力对岩石整体的压密作用逐渐弱于劣化损伤作用。③4组不同下限应力条件下,岩样峰后的滞回圈面积、阻尼比、阻尼系数均高于峰前状态,而动弹性模量低于峰前状态,说明岩样在峰后循环加卸载过程中内部劣化损伤程度高于峰前。 展开更多

关键词 砂岩 峰前峰后 循环加卸载 表观弹性模量 下限应力 动力特性

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砂岩真三轴循环加卸载的能量演化与损伤分析

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作者 张启航 孟祥瑞 +5 位作者 赵光明 许文松 刘崇岩 刘之喜 吴旭坤 戚敏杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期182-196,共15页

为了探究不同速率对砂岩真三轴循环加卸载破坏过程中的能量和损伤演化的影响,利用自主研发的真三轴扰动卸荷岩石测试系统,借助立方体砂岩试件,分别进行了真三轴压缩试验、真三轴一次加卸载试验以及真三轴循环加卸载试验。结果表明:真三... 为了探究不同速率对砂岩真三轴循环加卸载破坏过程中的能量和损伤演化的影响,利用自主研发的真三轴扰动卸荷岩石测试系统,借助立方体砂岩试件,分别进行了真三轴压缩试验、真三轴一次加卸载试验以及真三轴循环加卸载试验。结果表明:真三轴条件下砂岩的峰值强度随循环加卸载速率的增大而增大;σ^(1)方向弹性能密度演化基本不随循环加卸载速率的改变而不同,而耗散能密度随循环加卸载速率的增大而减小,2者都随循环数呈现非线性增长;随着循环加卸载速率的增大,σ^(1)方向上耗散能密度占总输入能密度比例减小,弹性能密度占总输入能密度比例增加;随着循环数的增加,σ^(2)、σ^(3)方向上弹性能密度的增长率逐渐增大,而耗散能密度增长率在前5次循环时变化较小,在循环末尾阶段大幅提升;随着循环加卸载速率的增大,σ^(2)、σ^(3)方向上弹性能密度也随之提高,耗散能密度则与之相反;σ^(2)方向上弹性能密度占输入能密度的比例随循环数递增,在第6次循环出现拐点,随后突降;σ^(3)方向上弹性能密度占输入能密度的比例随着循环数的增加先减小后增大,呈现“V”型变化趋势;研究发现,弹性能密度和耗散能密度均与输入能密度存在线性函数关系,并且弹性能密度-输入能密度和耗散能密度-输入能密度均存在线性函数关系。真三轴循环加卸载作用下砂岩损伤分为初始损伤、损伤缓慢发育、损伤快速发展阶段3个阶段,损伤变量随着循环数的增加呈现非线性增长。 展开更多

关键词 真三轴 循环加卸载 能量演化 损伤变量

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复杂应力路径下饱水砂岩宏细观力学特性研究 被引量：8

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作者 王宇 常德龙 +2 位作者 李建林 李春波 胡安龙 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期3105-3114,共10页

饱水作用对砂岩变形及强度特征影响显著,考虑岩体实际赋存环境,为了解复杂应力路径下饱水砂岩宏细观力学特性,利用RMT-150C岩石力学多功能试验机及SEM电镜扫描技术,对饱水砂岩进行循环荷载作用后卸荷破坏试验,研究不同影响因素作用下的... 饱水作用对砂岩变形及强度特征影响显著,考虑岩体实际赋存环境,为了解复杂应力路径下饱水砂岩宏细观力学特性,利用RMT-150C岩石力学多功能试验机及SEM电镜扫描技术,对饱水砂岩进行循环荷载作用后卸荷破坏试验,研究不同影响因素作用下的疲劳损伤特征,重点分析了加载频率、上限应力等因素对卸荷变形、强度及细观损伤特征的影响规律。研究表明,根据试验设计方案获得的饱水砂岩应力-应变曲线大致可以划分为5个典型阶段,其中,同一应力状态下,疲劳损伤阶段轴向不可逆应变在等速变形阶段的应变速率随加载频率的增大迅速增加,这表明上限应力的"门槛值"极有可能是变化的,且与加载频率及循环次数密切相关;同时,卸围压变形破坏阶段的总应变及围压卸荷量均随加载频率(或上限应力)的增大而减小,与该阶段持续时间随加载频率(或上限应力)的变化规律一致。不仅如此,通过分析饱水砂岩破坏面细观损伤特征发现,加载频率与上限应力作用下的细观损伤特征差异显著,其中破坏面微裂隙面积占比随加载频率增大而减小,上限应力则恰好相反。 展开更多

关键词 饱水砂岩 加载频率 上限应力 疲劳损伤 卸荷 细观损伤特征

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考虑温度和加载影响的离子型中间膜拉伸力学性能

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作者 陈素文 陆钰佳 邵筱 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1265-1274,共10页

为研究温度和加载影响的离子型中间膜的拉伸力学性能,在低应变率范围内对其进行了-40℃~80℃的单调拉伸试验以及室温下的循环加卸载拉伸试验。基于试验结果,确定了离子型中间膜的力学性能特征指标。结果表明,随着应变率的升高和温度的降... 为研究温度和加载影响的离子型中间膜的拉伸力学性能,在低应变率范围内对其进行了-40℃~80℃的单调拉伸试验以及室温下的循环加卸载拉伸试验。基于试验结果,确定了离子型中间膜的力学性能特征指标。结果表明,随着应变率的升高和温度的降低,其强度普遍提高,但极限应变有所降低;断后试件有约80%的不可恢复变形;循环加卸载拉伸曲线的包络线与其相同条件下的单调拉伸试验曲线基本一致,随卸载应变的升高,其加卸载耗能能力提高,而割线卸载模量先减小后增大。基于试验结果,给出了低应变率下的G’Sell本构关系。在此基础上,根据割线卸载模量的变化,提出了加卸载应力-应变的变模量模型,对比模型预测关系曲线与试验曲线,两者吻合较好。 展开更多

关键词 离子型中间膜 单调和循环加卸载拉伸试验 应变率效应 温度效应 本构模型 变模量模型

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考虑频率影响的盐岩变参数蠕变损伤模型 被引量：7

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作者 易其康 马林建 +2 位作者 刘新宇 王国安 刘航 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第S1期93-99,共7页

基于低频三轴循环加卸载试验得到盐岩轴向初始衰减和稳态蠕变变形规律,以及卸载模量随着循环周次的增加呈现负指数型弱化趋势。以弹性模量的折减表征循环荷载下盐岩损伤劣化,考虑损伤因子的频率和时间效应,得到统一损伤演化方程,建立考... 基于低频三轴循环加卸载试验得到盐岩轴向初始衰减和稳态蠕变变形规律,以及卸载模量随着循环周次的增加呈现负指数型弱化趋势。以弹性模量的折减表征循环荷载下盐岩损伤劣化,考虑损伤因子的频率和时间效应,得到统一损伤演化方程,建立考虑频率影响的变参数Burgers蠕变损伤模型。对比分析表明,该模型能够准确描述不同频率循环荷载作用下盐岩蠕变变形特征和损伤演化过程,为盐岩地下储气库注采运营稳定性分析提供更为合理的分析模型和力学参数。 展开更多

关键词 频率 变参数 循环加载 卸载模量 损伤演化 Burgers体

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三轴循环加卸载条件下热损伤石灰岩力学特性演化规律 被引量：5

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作者 张晓悟 徐金海 +2 位作者 孙垒 张皓文 王琪 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2022年第4期83-94,共12页

为了研究循环加卸载条件下岩石力学特性的温度-围压效应,设计了5个温度梯度石灰岩三轴循环加卸载试验,分析了循环加卸载条件下,不同温度、围压对岩石特征力学参数的影响,建立了岩石破坏形式和损伤的评价指标。结果表明:①岩石力学特性... 为了研究循环加卸载条件下岩石力学特性的温度-围压效应,设计了5个温度梯度石灰岩三轴循环加卸载试验,分析了循环加卸载条件下,不同温度、围压对岩石特征力学参数的影响,建立了岩石破坏形式和损伤的评价指标。结果表明:①岩石力学特性表现为围压强化和温度恶化效应,温度和围压越大,岩石峰后应力衰减越迟缓,其所能承受的循环加卸载次数越多,同时塑性变形量越大;②脆度系数越小,岩石延性越强,反之脆性越强,当围压和温度都增加时,岩石破坏形式由脆性破坏向延性破坏转化;③随着循环加卸载次数的增加,岩石损伤变量呈非线性增加,且峰后阶段增加迅速。研究成果可为分析高温条件下岩石稳定性提供参考。 展开更多

关键词 循环加卸载 力学特征 脆度系数 温度 损伤

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循环载荷作用下煤体渗透率演化的实验分析 被引量：12

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作者 刘永茜 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期2579-2588,共10页

多期次载荷作用下的煤体,其孔隙结构会发生复杂变化,渗透率也随之改变。然而,不同加卸载速率与循环周期决定着煤体渗透率变化路径,影响其应力敏感性,开展循环载荷控制下煤体渗透率演化规律研究,对于解释复杂应力场下煤层渗透率的各向异... 多期次载荷作用下的煤体,其孔隙结构会发生复杂变化,渗透率也随之改变。然而,不同加卸载速率与循环周期决定着煤体渗透率变化路径,影响其应力敏感性,开展循环载荷控制下煤体渗透率演化规律研究,对于解释复杂应力场下煤层渗透率的各向异性特征有理论支撑作用。借助于煤层渗透率应力敏感模型分析,研究了影响煤体渗透率变化的关键表征参数及其函数关系;为验证关键参数对煤体渗透率影响,采用预定轴压和气压、加卸载围压的方式开展煤体三轴循环变载气体渗流实验,分析在不同围压(2.0~12.0 MPa)下煤体渗透率和体应变的演化规律;为研究煤体孔隙结构变化对渗透率的影响,通过低温氮气吸附实验和荧光显微镜煤样观测统计,完成了循环载荷加卸载前后煤体孔隙结构变化对比。研究结果表明,煤体加载/卸载过程中渗透率变化趋势与围压变化负相关,总体可以分为线性段、指数段和稳定段等3个阶段;随循环加载次数的增加煤体应变逐步增大,而渗透率却随之降低;相同条件下,煤体渗透率随体应变增加而升高,增幅在16.79%以上,而渗透率恢复率逐步降低,且与围压变化负相关;3次循环加卸载实验导致煤体孔隙结构发生了显著变化,微孔体积提高71.79%,比表面积增加52.19%,而平均孔径降低32.06%,但循环载荷没有改变煤体的最可几孔径;孔隙结构变化的数据表明,微孔体积增加是煤体渗透率劣化的重要标志之一。对比循环载荷作用前后的孔隙结构实验数据发现,影响气体吸附-解吸的孔隙结构变化,决定了“迟滞环”面积,而决定“迟滞环”形状的关键因素是由煤体最可几孔径控制的突变压力。另外,煤体应变包括裂隙体积变化和孔隙体积变化两部分,其中裂隙影响重要度指标(χ)反映了裂隙体积变化在煤体应变中的权重关系,χ变化随围压升高而降低。 展开更多

关键词 循环加卸载 裂隙 渗透率演化 应力敏感 损伤变量

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变幅循环加卸载下硫酸盐侵蚀混凝土力学与变形性能 被引量：5

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作者 薛维培 徐威 +1 位作者 刘晓媛 张瀚文 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2022年第8期120-125,132,共7页

变幅循环加卸载下的力学及变形性能对硫酸盐服役地区混凝土结构至关重要。将混凝土试件提前浸泡于10%、15%、20%硫酸钠溶液5、7个月形成化学侵蚀损伤,再开展单轴压缩变幅循环加卸载试验,分析该过程中试件力学性能、变形性能以及耗散能... 变幅循环加卸载下的力学及变形性能对硫酸盐服役地区混凝土结构至关重要。将混凝土试件提前浸泡于10%、15%、20%硫酸钠溶液5、7个月形成化学侵蚀损伤,再开展单轴压缩变幅循环加卸载试验,分析该过程中试件力学性能、变形性能以及耗散能演化规律。结果表明随着硫酸钠浓度和侵蚀时间增加,试件强度降低、破坏时完成的变幅循环次数减少。累积残余应变随着加载应变增大呈上升趋势,变化速率不断提高;加载应变差始终大于累积残余应变差,随着循环次数增加逐步接近;动弹性模量和塑性变形率随着循环次数增加整体呈提高趋势;耗散能随着循环次数增加而增大,尤其是在后期耗散能变化速率增快。 展开更多

关键词 混凝土 硫酸盐侵蚀 变幅循环加卸载 力学性能 变形性能

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循环加卸载下高脆性黑砂岩强度及损伤试验研究

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作者 陈珺 陈念辉 侯靖 《人民长江》 北大核心 2022年第6期180-185,206,共7页

为研究高应力循环加卸载条件下脆性硬岩强度特性和参数演化规律,开展了不同围压水平下的黑砂岩循环加卸载试验,获得了高脆性硬岩全过程应力应变曲线和破裂特征,并借助塑性内变量来表征岩石损伤程度,研究了变形与强度参数随损伤的演化规... 为研究高应力循环加卸载条件下脆性硬岩强度特性和参数演化规律,开展了不同围压水平下的黑砂岩循环加卸载试验,获得了高脆性硬岩全过程应力应变曲线和破裂特征,并借助塑性内变量来表征岩石损伤程度,研究了变形与强度参数随损伤的演化规律。研究结果表明:①循环加卸载试验中黑砂岩应力应变曲线存在屈服平台,峰后应力快速跌落,试样以剪切破坏为主;②从初始屈服到残余变形过程中,黑砂岩弹性模量呈先减小后增大的变化特征,在塑性内变量为0.80~0.85左右达到最小值,泊松比则呈先增大后减小的趋势;③黏聚力先随塑性内变量不断减小,在接近残余强度时保持稳定,而内摩擦角则呈先增大后减小的特征,强度参数与塑性内变量之间的关系可采用线性分段函数表示。 展开更多

关键词 循环加卸载试验 脆性硬岩 峰值强度 力学参数 塑性内变量

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干湿循环及循环加卸载条件下白云岩渐进损伤的能量特性研究

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作者 张锋 王运敏 +2 位作者 李小双 鲁俊 侯国庆 《矿冶工程》 2025年第4期1-7,共7页

探讨了干湿循环与循环加卸载共同作用下白云岩的力学性能及能量演化规律。结果表明,干湿循环引起的结构损伤导致白云岩由脆性破坏向延性破坏转变,表现为滞回环面积增大与峰值强度下降;循环加卸载初期具有强化作用,随后进入软化与损伤阶... 探讨了干湿循环与循环加卸载共同作用下白云岩的力学性能及能量演化规律。结果表明,干湿循环引起的结构损伤导致白云岩由脆性破坏向延性破坏转变,表现为滞回环面积增大与峰值强度下降;循环加卸载初期具有强化作用,随后进入软化与损伤阶段。能量分析结果显示,总输入能量主要以弹性应变能形式存储,耗散能比例随损伤累积缓慢增长,且由耗散能定义的损伤变量呈现“渐进—加速—稳定”的演化特征。 展开更多

关键词 岩石力学 白云岩 干湿循环 循环加卸载 能量演化 耗能比 损伤变量

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