三轴多级循环加载下不同类型岩石的应力应变响应特性研究

摘要

岩石在动荷载作用下将表现出与在静荷载作用下显著不同的力学特性。采用MTS-815 Flex Test GT岩石力学试验机对从某一地震滑坡区采集的两种岩石(白云岩和千枚岩)开展了三轴多级循环加卸载试验,旨在获得这两种岩石在循环荷载下的力学特性。试验采用的围压为10 MPa,正弦波加载频率为2 Hz,每级应力水平下的循环周次为60。基于试验获得的轴向应力—应变全过程曲线,着重分析了两种岩石的应力—应变曲线特征、累积残余应变特征和回滞环特征,并分析了循环周次和应力幅值对这些特征的影响。结果表明:1)两种岩石在一次循环加卸载过程中产生的应力应变回滞环具有相似的窄尖叶形状。在加载过程中,岩样以线弹性变形为主,应力—应变曲线为近似直线;在加载与卸载的过渡阶段,曲线迅速逆转,表明弹性应变迅速恢复;卸载过程中出现了相对于应力的小应变滞后现象,应力—应变曲线为上凹形;2)两种岩石的累积残余应变和回滞环特征参数随着循环周次和应力幅值增加呈现出三阶段变化规律,但此规律受岩石初始缺陷的影响很大。对于非均质化程度高的千枚岩样而言,上述规律性明显弱得多;3)在多级循环加载作用下,两种岩石均为剪切破坏,峰值强度都较静态峰值强度有所降低,表现出了疲劳破坏特性。本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理提供理论支撑。