砂岩单轴压缩试验：加载速率对力学特性和能量演化的影响

"李利峰，张晓虎，邓慧琳等人关于不同加载速率下砂岩的单轴压缩试验力学特性及能量演化规律的研究" 本文主要探讨了砂岩在不同加载速率下的力学特性和能量变化规律，通过对砂岩进行单轴压缩试验和单轴分级加卸载试验来深入理解其破坏过程中的能量积聚与耗散行为。研究的核心是分析弹性能与耗散能之间的相互作用，以及它们如何随加载速率的变化而变化。 首先，砂岩在各种试验条件下的破坏过程可以分为四个阶段：压密阶段、弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段。随着加载速率的提高，砂岩的弹性模量和峰值强度均有上升趋势。这表明加载速度的增快使得砂岩内部结构的应变硬化增强，导致其在承受更大压力时仍能保持较高的强度。 其次，研究发现砂岩在所有阶段都同时存在着弹性能和耗散能。这两者的关系并非线性的，而是呈现出非线性正相关。当加载速率增加时，弹性能和耗散能的平衡点大约在20 MPa，这意味着在20 MPa之前，弹性能对耗散能有显著的抑制效果，而在20 MPa之后，耗散能开始反过来抑制弹性能。这种现象揭示了砂岩内部能量转换的关键阈值，对于理解和预测砂岩的破坏模式具有重要意义。 在单轴分级加卸载试验中，砂岩试样由于疲劳损伤和裂纹界面摩擦产生的塑性变形并不会影响其弹性能。这表现为加卸载曲线的右移，与单轴压缩试验的弹性能表现一致，验证了实验方法的有效性。这一发现对于理解和模拟砂岩在实际工程中的响应，尤其是在循环荷载条件下的行为，提供了重要的理论依据。 总结来说，这项研究为砂岩在不同加载速率下的力学行为提供了新的视角，强调了能量角度的重要性。其成果有助于地质工程、地下建筑和矿山开采等领域更准确地评估砂岩的稳定性和安全性，为相关工程设计和灾害预防提供科学的理论支持。通过深入理解砂岩的能量转化机制，工程师们可以更好地预测和控制由砂岩力学性质变化引发的潜在地质问题。