三轴循环荷载作用下页岩能量演化规律及强度失效判据研究

基于不同围压下三轴循环加、卸载试验和能量原理,研究页岩吸收轴向应变能1U、积聚和释放可释放弹性应变能eU、塑性变形及裂隙扩展消耗损耗能dU和径向膨胀变形消耗径向扩散能3U的能量转化全过程特征,揭示其受载过程的能量演化规律,建立基于能量突变的岩石强度失效判据。研究成果表明:不同围压下的页岩三轴循环加、卸载全过程,能量演化行为相似,体现为峰前以能量积聚为主,破坏过程发生能量释放和能量耗散,峰后残余强度下重新开始积聚能量,但能量积聚能力和效率不如峰前。岩石破坏阶段,可释放弹性应变能eU沿主裂隙大量释放,破裂岩块沿主裂隙发生位移和摩擦,消耗大量损耗能dU,径向应变3?显著增大,径向扩散能3U大幅增长。与峰前相比,峰后残余强度阶段可释放弹性应变能eU和损耗能dU的量值水平大幅下降但总体保持平稳,径向扩散能3U显著增加。围压对峰前各能量参数的分配比例影响不大,对峰后残余强度下岩石的能量积聚能力有一定提升作用。页岩和红砂岩的弹性能耗比K在峰前阶段随轴向应变的增加缓慢减小,期间变化平稳,在岩样发生强度失效时,拐点出现,增长速度突然增大,产生突变。

路基改良土循环加/卸载试验能量演化研究

通过循环加/卸载试验,分析公路路基改良土受载时的各能量参数转化规律。结果表明:不同围压下路基改良土的能量转化近似,都呈现峰前能量聚集,破坏能量耗散,峰后残余强度能量重新积聚,但效率和总量低于峰前;围压对峰前路基改良土能量参数影响较小,但少量提升了残余强度时能量聚集的作用;峰前能耗比K随轴向应变的增加而缓慢减小,当土体强度失效时,能耗比K产生突变;能耗比K突变点与应力-时间曲线拐点相对应,说明能耗比可以作为路基改良土三轴应力状态下循环加/卸载作用时的强度失效特征,也可以从能量的角度解释路基改良土的演化破坏规律。