三轴多级循环加卸载下千枚岩的力学特性及能量耗散特征研究

摘要

在地震中,岩质滑坡的发生强烈依赖于边坡岩石材料的动力特性。为了更好地理解这些岩石材料在动荷载作用下的特性,以2008年汶川地震触发的东河口滑坡区发育的代表性岩体千枚岩作为研究对象,开展了三轴压缩条件下的多级循环加卸载试验。试验过程中所采用围压为10MPa,加载波形采用振动频率为2Hz的正弦波,在每级应力水平下进行了60次加卸载循环。根据轴向应力-应变曲线,重点分析了循环周次和上限应力对千枚岩试样的弹性模量、阻尼参数及残余应变的影响,同时对其耗散能演化规律进行了研究。结果表明:(1)随着循环周次的增大,试样的弹性模量、阻尼比和阻尼系数总体呈递减趋势。当上限应力较低时,试样处于整个加载过程的初期,岩石内部结构由于初始裂隙、孔洞等的闭合和细小裂纹的产生将发生较大的改变,导致三参数随循环周次的增加而增加,且数值波动性较大;当上限应力较高时,三参数值变化微小。(2)累积残余应变随循环周次和应力水平增加而总体上呈现出增加趋势,尤其是在轴向应力增加过程中(坡形加载阶段)。然而,在同一级应力水平下(循环段),岩样的累积残余应变与上限应力的关系曲线则呈现出W型变化。(3)单位体积耗散能随循环周次和应力水平的增加也呈现出总体增加的趋势。然而,在较低上限应力下,单位体积耗散能随循环周次的增加变化比较微小;在较高上限应力下,其变化曲线呈L型;在临近破坏时,其变化曲线呈U型。该研究成果有助于更好地理解岩石在动态循环荷载下的力学响应行为,也可为后续从岩石力学角度分析地震作用下大型岩质滑坡的形成机制提供理论支撑。