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第49卷第S1期煤炭学报Vol.49No.S1

2024年6月JOURNALOFCHINACOALSOCIETYJune2024

砂岩真三轴循环加卸载的能量演化与损伤分析

1,21,21,21,21,21,21,21,2

张启航，孟祥瑞，赵光明，许文松，刘崇岩，刘之喜，吴旭坤，戚敏杰

(1.安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室,安徽淮南232001；2.安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验

室,安徽淮南232001)

摘要：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；σ1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，σ1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；

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随着循环数的增加，σ、σ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

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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、σ方向上弹性能

密度也随之提高，耗散能密度则与之相反；σ2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；σ3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。

关键词：真三轴；循环加卸载；能量演化；损伤变量

中图分类号：TU452文献标志码：A文章编号：0253−9993(2024)S1−0182−15

Energyevolutionanddamageanalysisoftruetriaxialcyclicloadingandunloading

ofsandstoneatdifferentrates

ZHANGQihang1,2,MENGXiangrui1,2,ZHAOGuangming1,2,XUWensong1,2,LIUChongyan1,2,LIUZhixi1,2,