李东阳陆镜夷刘波王士杰李赛格

中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083

在地下工程中,岩石在经受长期反复的荷载作用后会出现不同程度的变形,力学性质也会有所变化。例如,在岩溶地区的岩石基础,由于岩体在长期循环荷载作用下引起地层的不均匀沉降,威胁了上部主体结构的安全[1-3]。岩石基础的受力特点主要是低应力水平条件下的蠕变过程。而在蠕变过程中,岩石对能量的吸收、转化和应变能的释放与耗散机理,目前还不是十分清楚。因此,从能量的角度来研究岩石的蠕变变形和破坏,对于深入理解岩石基础的蠕变破坏过程,改善岩石基础设计是非常有用的。

岩石的变形与破坏过程本质上是能量的演化过程。岩石在受到外力作用时,内部能量不断转换,随着弹性能的累积和耗散能的增加,岩石向着破坏的趋势发展,最终失稳破坏[4-7]。现有研究表明:不同的岩石能量演化特征在峰值前基本相似,在峰值后却有显著的差异,且耗散能系数的演化阶段与单轴压缩条件下的变形阶段密切对应[8]。这说明岩石的破坏过程一直伴随着能量转换[9-10]。在岩石受力过程中,能量的演化受到很多因素的影响,如加载条件、含水量和围压等。研究饱和岩石的单轴压缩实验发现:总应变能和弹性能与含水量呈负线性相关,而耗散能与含水量呈负指数相关[11]。在岩石破坏的过程中,弹性能增长率与加载速率呈正比关系[12]。三轴压缩条件下,岩石中的弹性应变能比与耗散应变能比呈反向变化的关系[13]。……