中等应变速率下砂岩破坏形态与力学性能的深度解析

本文主要探讨了"中等应变速率对砂岩破坏形态和力学性质的影响"这一主题，发表在2010年的《浙江大学学报(工学版)》第44卷第10期。作者尹小涛、丁卫华、李春光和王水林针对砂岩作为研究对象，结合其颗粒分析试验、抗压强度、抗拉强度和强度试验的数据，利用颗粒流程序进行模拟研究。他们通过Fish语言编程，虚拟构建了10^-3 s^-1、5*10^-3 s^-1、10^-2 s^-1、2*10^-2 s^-1、5*10^-2 s^-1、10^-1 s^-1以及2*10^-1 s^-1七个不同应变率下的单轴压缩试验。 研究发现，随着应变率的增加，砂岩的破坏形态发生了显著变化。原本的优势剪切带发展被抑制，转而趋向于等速扩展，导致材料从以剪切为主的方式转变为锥形破坏。此外，砂岩的力学性能呈现出显著的伪增强现象，表现为应力-应变曲线的上扬、斜率提高以及峰值的上升。这些变化反映了在高应变率下，砂岩的响应更为刚硬，但同时也伴随着破坏过程的加剧。 具体到能量转换方面，加载过程中砂岩的边界输入能量增加，表现为摩擦能、动能和应变能的同步增长。摩擦能的增大反映了剪切裂缝的增多，说明材料内部的剪切活动更加活跃；动能的增大揭示了破坏过程中的剧烈程度；而应变能的增加则预示着岩爆现象可能更容易发生。 关键词包括颗粒流、砂岩、应变速率、破坏形态、裂纹以及能量演化，这些概念是理解研究核心内容的关键。该研究深入剖析了中等应变速率如何影响砂岩的力学行为，对于工程实践中的岩石力学分析和地质灾害预测具有重要的理论价值。