苗 亮，韓 松，申培武，何 成，申興月

(1.湖北省城建設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北 武漢 430051;2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074;3.武漢建工集團(tuán)股份有限公司，湖北 武漢 430056)

三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，庫區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境較為脆弱，開展三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的防治工作具有重要意義[1]。已有調(diào)查結(jié)果表明，三峽庫區(qū)內(nèi)泥巖分布區(qū)是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地段[2]，受庫水位升降的影響其強(qiáng)度易弱化而影響庫岸邊坡的穩(wěn)定性，開展庫區(qū)內(nèi)泥巖強(qiáng)度弱化特性的研究可為相關(guān)工程地質(zhì)條件的評(píng)價(jià)提供參考，因此在開展三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治工作的過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注庫區(qū)內(nèi)泥巖的力學(xué)特性。基于此，一些學(xué)者針對(duì)三峽庫區(qū)內(nèi)泥巖的力學(xué)特性開展了大量的研究工作，如殷躍平等[3]、余宏明等[4]、盧海峰[5]對(duì)庫區(qū)內(nèi)巴東組紫紅色泥巖的膨脹性、崩解性以及水-巖相互作用等進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究；吳益平等[6]、張家銘等[7]、岳全慶等[8]對(duì)庫區(qū)內(nèi)巴東組紫紅色泥巖的單軸、三軸及點(diǎn)荷載等力學(xué)特性開展了試驗(yàn)研究；申培武等[9]、Shen等[10]對(duì)庫區(qū)內(nèi)巴東組紫紅色泥巖崩解過程中的分形、能量變化等特征進(jìn)行了研究。CT(Computed Tomography)作為研究物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷的一種實(shí)用工具，已經(jīng)在巖石力學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如葛修潤(rùn)等[11]通過CT研究了巖石在三軸壓縮條件下的細(xì)觀損傷和疲勞損傷演化規(guī)律；仵彥卿等[12]通過CT研究了巖石在多場(chǎng)耦合作用下的力學(xué)特性；Starnoni等[13]通過CT研究了巖石中的孔隙分布規(guī)律和滲流特性。數(shù)值模擬試驗(yàn)是研究巖石變形破壞特征的一種輔助驗(yàn)證工具，常見的數(shù)值分析方法包括有限元法(FEM)、離散元法(DEM)、有限差分法(FDM)等。其中，PFC(Particle Flow Code)作為離散元法中的一種方法，特別適合于開展巖石斷裂力學(xué)方面的研究，如張雅慧等[14]基于PFC數(shù)值模擬試驗(yàn)研究了巖體異性結(jié)構(gòu)面的剪切強(qiáng)度特性；Fakhimi等[15]基于PFC數(shù)值模擬試驗(yàn)研究了含裂隙巖體的變形破壞過程；Yoon[16]基于PFC數(shù)值模擬試驗(yàn)研究了巖石單軸壓縮試驗(yàn)的優(yōu)化方法與應(yīng)用。此外，分析巖石的能量耗散特性可以加深對(duì)巖石變形破壞過程的理解，而在這方面一些學(xué)者[17-21]也開展了大量的研究。

當(dāng)前有關(guān)軟巖的崩解與能量耗散特性研究仍然存在以下不足：有關(guān)軟巖的崩解特性研究忽略了軟巖在實(shí)際工程環(huán)境中承受的圍壓作用；有關(guān)軟巖單軸與三軸條件下的數(shù)值模擬試驗(yàn)以概化模型為主，忽略了巖石內(nèi)部的初始損傷；有關(guān)軟巖崩解過程的能量耗散模型忽略了巖石變形壓密階段的能量損失。因此，針對(duì)上述研究的不足，本文以三峽庫區(qū)三疊系巴東組第四段紫紅色泥巖(T2b4，以下簡(jiǎn)稱巴東組紫紅色泥巖)為研究對(duì)象，首先通過改進(jìn)的干濕循環(huán)試驗(yàn)研究了試樣在干濕循環(huán)過程中的變形特性、內(nèi)部損傷特性；然后，基于干濕循環(huán)試驗(yàn)開展了試樣的三軸壓縮試驗(yàn)，研究了試樣的強(qiáng)度弱化特性，并基于CT掃描重構(gòu)模型開展了考慮試樣內(nèi)部初始損傷的三軸壓縮數(shù)值模擬試驗(yàn)；最后，基于巖石的變形特征，考慮試樣變形過程壓密階段的能量消耗的一種新的能量耗散模型。

1 研究方法

1.1 研究的技術(shù)路線

圖1 研究區(qū)域及取樣點(diǎn)Fig.1 Research region and sampling site

本次試樣取自三峽庫區(qū)巴東長(zhǎng)江大橋北岸向東約400 m處的沿江路基邊坡(見圖1，31°10′5″～32°20′30″N,110°10′5″～110°20′30″E)，巖性為巴東組紫紅色泥巖(T2b4)，天然密度為2.5 g/m3，天然含水率為0.5%。受三峽庫水位升降的影響，坡表巖體已發(fā)生局部弱風(fēng)化，巖體穩(wěn)定性的降低對(duì)坡腳處沿江公路的安全性有較大的影響。因此，有必要研究干濕循環(huán)條件下三峽庫區(qū)三疊系巴東組紫紅色泥巖的強(qiáng)度弱化特性；其次，為了分析巴東組紫紅色泥巖在干濕循環(huán)過程中的內(nèi)部損傷及干濕循環(huán)后的強(qiáng)度弱化特性，分別對(duì)試樣開展CT掃描試驗(yàn)和三軸壓縮試驗(yàn)；最后，為了進(jìn)一步研究巴東組紫紅色泥巖的細(xì)觀破壞機(jī)理，以CT掃描重構(gòu)模型為基礎(chǔ)，開展了試樣在三軸壓縮條件下的離散元數(shù)值模擬試驗(yàn)。本文研究的技術(shù)路線見圖2。

圖2 本文研究的技術(shù)路線Fig.2 Flow chart of the paper

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 改進(jìn)的干濕循環(huán)試驗(yàn)

傳統(tǒng)的干濕循環(huán)試驗(yàn)方法主要存在以下不足：①未考慮試樣在實(shí)際工程環(huán)境中所承受的圍壓作用，導(dǎo)致干濕循環(huán)試驗(yàn)條件與實(shí)際工況有一定的差異；②未嚴(yán)格要求試樣的形態(tài)，導(dǎo)致無法對(duì)試驗(yàn)過程中的試樣開展力學(xué)特性研究。因此，有必要結(jié)合工程實(shí)際需求對(duì)干濕循環(huán)試驗(yàn)方法進(jìn)行一定程度的改進(jìn)。改進(jìn)后的干濕循環(huán)試驗(yàn)方法如下：

(1) 加壓儀器制備:加壓儀器用來給試樣施加圍壓，其主要由承壓板、彈簧/彈簧測(cè)力計(jì)、螺絲組成(見圖3)。其中，承壓板[見圖3(b)]內(nèi)預(yù)留有圓形凹槽以防止試樣在加壓儀器內(nèi)滑動(dòng)，凹槽尺寸為51 mm×1 mm(直徑×深度)；通過測(cè)量試樣的橫截面積(s)和彈簧的拉伸量(Δl)及其彈性系數(shù)(k)，可以計(jì)算所施加的預(yù)應(yīng)力σ′值[σ′= (Δlk)/s]；通過改變彈簧的數(shù)量(n)和彈性系數(shù)(k),可以控制所施加的預(yù)應(yīng)力σ的大小(σ=nσ′)。

圖3 干濕循環(huán)試驗(yàn)的加壓儀器Fig.3 Pressure apparatus for cyclic wetting and drying test

(2) 試樣制備：試樣尺寸依據(jù)三軸試驗(yàn)要求確定(圓柱樣或方樣)，本文研究對(duì)象為5個(gè)圓柱樣(見圖4)，尺寸為50 mm×100 mm (直徑×高度)。

(3) 預(yù)應(yīng)力施加：根據(jù)試驗(yàn)需求準(zhǔn)備一定數(shù)量和彈性系數(shù)的彈簧，裝配加壓儀器，給試樣施加預(yù)應(yīng)力并將試樣靜置于透明水槽中[見圖3(c)]，試樣應(yīng)剛好被去離子水浸沒。

(4) 干濕循環(huán)：水槽在室內(nèi)靜置12 h后，將試樣連同加壓儀器一并取出并置于烘箱中(60℃)烘干12 h，循環(huán)浸泡與烘干試樣至其恒重(完整狀態(tài))，停止試驗(yàn)并觀察試樣的變化特征。

需要說明的是，國際巖石力學(xué)協(xié)會(huì)(ISRM)建議將一定尺寸范圍內(nèi)試樣塊體的質(zhì)量保持恒重時(shí)作為試驗(yàn)終止的標(biāo)志，并將對(duì)應(yīng)的干濕循環(huán)次數(shù)作為最終循環(huán)次數(shù)。本文將處于完整狀態(tài)的試樣保持質(zhì)量恒重時(shí)對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)作為設(shè)定的循環(huán)次數(shù)，以便于后續(xù)開展相應(yīng)的力學(xué)試驗(yàn)。

圖4 本研究試驗(yàn)中的試樣Fig.4 Samples used in the study

1.2.2 CT掃描試驗(yàn)和三軸壓縮試驗(yàn)

干濕循環(huán)過程中試樣的物理、化學(xué)及力學(xué)性質(zhì)均會(huì)發(fā)生一定程度的變化，僅從肉眼難以對(duì)其進(jìn)行深入的分析，因此開展了干濕循環(huán)后試樣的CT掃描試驗(yàn)，觀察試樣的內(nèi)部細(xì)觀損傷特性。本試驗(yàn)所使用的CT掃描儀由德國通用電氣公司生產(chǎn)[見圖5(a)]，最大功率為320 W，最小焦距為4.5 mm，最大分辨率小于2 μm，最大承載為10 kg，可以滿足一般試驗(yàn)的需求。此外，該CT掃描儀配有對(duì)應(yīng)的三維圖像重組軟件，兼具強(qiáng)大的圖像后處理功能。試驗(yàn)過程中，先建立對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)存文件夾并初始化夾具位置，再將試樣夾持于CT箱內(nèi)夾具上，按照操作規(guī)程設(shè)置相應(yīng)的分辨率、截面掃描數(shù)量、掃描精度、掃描電壓和電流等后，儀器會(huì)自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的掃描進(jìn)程，從外接顯示屏上可以實(shí)時(shí)地觀察到試樣的掃描進(jìn)度。

為了進(jìn)一步研究試樣干濕循環(huán)后的強(qiáng)度弱化特性，對(duì)試樣開展了室內(nèi)三軸壓縮試驗(yàn)。試驗(yàn)儀器為MTS815.03型三軸伺服試驗(yàn)機(jī)[見圖5(b)]，該儀器可用于開展巖石的單軸試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)、聲發(fā)射試驗(yàn)、多場(chǎng)耦合加載試驗(yàn)等，滿足本研究三軸壓縮試驗(yàn)的需求。

圖5 CT掃描試驗(yàn)和三軸壓縮試驗(yàn)的儀器Fig.5 CT scanner and triaxial compression testing machine

1.2.3 數(shù)值模擬試驗(yàn)

數(shù)值模擬試驗(yàn)主要用來分析巖石的細(xì)觀損傷特性，傳統(tǒng)的數(shù)值建模方法通常較為理想而與實(shí)際有一定的出入。本文以CT掃描試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，將重組后的真實(shí)三維圖像以.stl格式導(dǎo)出[見圖6(a)]，該格式可被數(shù)值軟件PFC3D4.0直接讀入，以讀入后圖像的實(shí)體部分作為數(shù)值模型的wall，并在wall內(nèi)生成相應(yīng)的顆粒作為基質(zhì)[見圖6(b)]，賦予相應(yīng)參數(shù)后即可開展相應(yīng)的三軸壓縮數(shù)值模擬試驗(yàn)。該方法以真實(shí)的試樣形態(tài)為基礎(chǔ)，考慮了試樣表面與內(nèi)部的非絕對(duì)規(guī)則形態(tài)的因素，因而得到的試驗(yàn)結(jié)果更加符合實(shí)際，且該方法與CT掃描試驗(yàn)結(jié)果直接對(duì)接，省略了手動(dòng)建模的過程，極大地提高了數(shù)值模擬試驗(yàn)的效率。

圖6 三軸壓縮數(shù)值模擬試驗(yàn)的CT掃描重構(gòu)模型Fig.6 CT scan reconstruction model of numerical simulation experiment of triaxial compression

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)勘察資料，本文將預(yù)應(yīng)力分別設(shè)定為10 kPa、8 kPa、6 kPa、4 kPa和0 kPa，考慮到長(zhǎng)期干濕循環(huán)作用下巖石的卸荷影響，將對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)分別設(shè)定為2次、4次、6次、8次和0次，實(shí)際上試樣在第7次循環(huán)時(shí)便保持質(zhì)量恒重，為了使循環(huán)次數(shù)的設(shè)定更具有規(guī)律性以及更系統(tǒng)地分析循環(huán)過程對(duì)試樣強(qiáng)度的影響，本次將循環(huán)次數(shù)設(shè)定為0次、2次、4次、6次和8次。干濕循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果表明：干濕循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束后，試樣表面未見明顯的變形與裂紋。CT掃描試驗(yàn)結(jié)果表明：干濕循環(huán)試驗(yàn)后，試樣在細(xì)觀角度下有一定的差異性，主要表現(xiàn)在試樣表面的粗糙程度存在一定的差異(試樣表面粗糙程度大的位置表現(xiàn)為暗紋，見圖7)，即隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，試樣表面的粗糙程度有增加的趨勢(shì)；試樣內(nèi)部均存在一定程度的初始損傷(試樣內(nèi)部微裂隙)，其損傷程度(孔隙體積)隨著圖形處理中所設(shè)孔隙閾值的不同而有一定程度的變化(見圖8)，且孔隙主要集中在尺寸小于0.1 mm的區(qū)間。

圖7 不同干濕循環(huán)次數(shù)下試樣的CT掃描切片F(xiàn)ig.7 CT scan slice of samples under different cycle times 注：圖中切片為徑圖像處理后的橫截面。

圖8 不同孔隙閾值下試樣內(nèi)部的孔隙體積分布圖Fig.8 Distribution of cranny volume in samples related to various threshold values

圖9 典型三軸壓縮試驗(yàn)后試樣的破壞形式Fig.9 Destroyed form of samples after typical triaxial compression test

為了突出干濕循環(huán)作用下試樣強(qiáng)度的弱化特性，將各次循環(huán)后的試樣均施加相同的圍壓(4 MPa)，開展了室內(nèi)三軸壓縮試驗(yàn)，圍壓值的設(shè)定綜合參考了文獻(xiàn)[3]和[7]的取值以及試樣強(qiáng)度的弱化特性，試驗(yàn)過程中主要監(jiān)測(cè)了試樣的軸向壓力和軸向應(yīng)變。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：試驗(yàn)過程中，試樣主要以拉剪破壞為主，靠近試樣兩端表現(xiàn)為拉張破壞，而靠近試樣中部則表現(xiàn)為剪切破壞，限于篇幅，本次僅給出典型三軸壓縮試驗(yàn)后試樣的破壞形式(見圖9)，以及不同干濕循環(huán)次數(shù)下試樣的實(shí)際軸向應(yīng)力-應(yīng)變圖、峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度變化圖(見圖10)。

圖10 不同干濕循環(huán)次數(shù)下試樣的三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果Fig.10 Triaxial compression test results of samples under various cycles

由圖10可見，考慮預(yù)應(yīng)力作用的試樣在干濕循環(huán)試驗(yàn)過程中強(qiáng)度會(huì)發(fā)生弱化，具體表現(xiàn)為：干濕循環(huán)過程對(duì)試樣的彈性變形模量影響不明顯；隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，試樣破壞時(shí)對(duì)應(yīng)的軸向應(yīng)變逐漸減小，即試樣越容易發(fā)生破壞；同時(shí)，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，試樣的峰值強(qiáng)度(σp)和殘余強(qiáng)度(σr)逐漸降低，這可能是由于隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，試樣受預(yù)應(yīng)力壓縮的時(shí)間變長(zhǎng)，導(dǎo)致在三軸壓縮試驗(yàn)前試樣便有一定程度的預(yù)壓縮變形而更容易發(fā)生破壞，其峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度與循環(huán)次數(shù)(x)呈負(fù)線性相關(guān)，其擬合方程可表示如下

(1)

2.2 數(shù)值模擬試驗(yàn)結(jié)果

將CT掃描重構(gòu)的.stl格式模型導(dǎo)入PFC3D軟件中，以此作為模型的wall，在wall里填充基質(zhì)并賦值以開展試樣的三軸壓縮數(shù)值模擬試驗(yàn)，該試驗(yàn)的主要參數(shù)見表1。其中，密度由測(cè)量結(jié)果得到；粒徑由計(jì)算時(shí)步與模擬效果綜合確定；墻體法向剛度、法切剛比、半徑系數(shù)保持不變，摩擦系數(shù)、法向剛度和法向強(qiáng)度均隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而弱化，可根據(jù)模擬效果確定其數(shù)值大小。

表1 試樣三軸壓縮數(shù)值模擬試驗(yàn)的主要參數(shù)Table 1 Main parameters used in numerical simulation test

試樣的三軸壓縮數(shù)值模擬試驗(yàn)結(jié)果與室內(nèi)三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果有較好的一致性，均表現(xiàn)為靠近試樣兩端的位置以拉張破壞為主，而靠近試樣中間的位置以剪切破壞為主，試樣的典型破壞模式,見圖11。

圖11 試樣的數(shù)值模擬試驗(yàn)結(jié)果Fig.11 Results of numerical simulation test

本次數(shù)值模擬試驗(yàn)中，監(jiān)測(cè)了試樣的軸向應(yīng)力和軸向應(yīng)變，限于篇幅，僅給出了第二次循環(huán)后室內(nèi)三軸壓縮試驗(yàn)與三軸壓縮數(shù)值模擬試驗(yàn)中試樣的軸向應(yīng)力-應(yīng)變對(duì)比曲線，見圖12。

圖12 第二次循環(huán)后室內(nèi)三軸壓縮試驗(yàn)與數(shù)值模擬 試驗(yàn)中試樣的軸向應(yīng)力-應(yīng)變對(duì)比曲線Fig.12 Comparison curves of axial stress-strain of indoor triaxial compression test and numerical simulation test specimen after the second cycle

由圖12可見，在試樣達(dá)到峰值強(qiáng)度之前，兩條曲線具有較高的吻合度，這是因?yàn)橐訡T掃描重構(gòu)模型作為實(shí)際的數(shù)值模型真實(shí)地考慮了試樣的初始內(nèi)部損傷，因此數(shù)值模擬曲線在試樣的壓密階段、彈性階段甚至屈服階段均具有較好的擬合效果；但是在試樣經(jīng)歷峰值強(qiáng)度之后，該數(shù)值模型表現(xiàn)出其更強(qiáng)的軟化特性，這是因?yàn)槟Ｐ椭械幕|(zhì)顆粒在壓縮的過程中會(huì)自適應(yīng)調(diào)整位置而不會(huì)出現(xiàn)較為明顯的脆性破壞。

3 討 論

巖石變形的過程中存在能量的輸入、儲(chǔ)存和耗散，分析巖石變形過程中能量耗散的特性可以更好地了解巖石的破壞機(jī)理。而巖石破壞前的力學(xué)性質(zhì)往往受到更多的關(guān)注，因此本文中能量耗散分析的過程也主要針對(duì)試樣破壞前的過程。此外，傳統(tǒng)的能量耗散分析模型往往忽略了巖石壓密階段的能量消耗而導(dǎo)致分析結(jié)果與實(shí)際有一定的出入，本文對(duì)試樣在壓密階段、彈性階段、屈服階段的能量耗散特性展開討論。

試樣變形過程中各階段能量消耗劃分示意圖，見圖13。

圖13 試樣變形過程中各階段能量消耗劃分示意圖Fig.13 Schematic diagram of energy dissipation division in the process of sample deformation

由圖13可見，將試樣在三軸壓縮試驗(yàn)中的軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線峰前部分可劃分為三個(gè)階段，即壓密階段(Ⅰ)、彈性階段(Ⅱ)和屈服階段(Ⅲ)，其中區(qū)域OABCDEFO對(duì)應(yīng)外界輸入的總能量(U)，區(qū)域OABCEFO對(duì)應(yīng)峰前耗散的能量(Uc)，區(qū)域CDEC對(duì)應(yīng)峰前儲(chǔ)存的彈性能(Ue)。由能量守恒可知：

U=Uc+Ue

(2)

其中,U、Ue可表示如下:

(3)

(4)

上式中:σ1、σ2、σ3分別為第一、第二、第三主應(yīng)力(MPa);ε1、ε2、ε3分別為第一、第二、第三主應(yīng)力方向?qū)?yīng)的應(yīng)變;E0為試樣的彈性模量(MPa)，一般取彈性階段50%～60%的峰值強(qiáng)度處對(duì)應(yīng)的彈性模量值。

將公式(3)、(4)代入公式(2)，可計(jì)算得到試樣的峰前耗散能量，該能量包含試樣壓密階段的耗散能，而該階段對(duì)試樣的破壞不構(gòu)成影響，因而該能量不宜直接用于分析試樣的變形破壞過程。

考慮到壓密過程實(shí)際為試樣內(nèi)部裂隙閉合的過程，即試樣內(nèi)部臨空表面積減少的過程，因此可以考慮用表面能的損失來間接地表示試樣壓密階段的耗散能，該階段試樣的耗散能(UAOF)與表面能(Us)存在如下關(guān)系：

UAOF=Us

(5)

表面能是由于材料表面積發(fā)生變化而產(chǎn)生的一種能量，可表示為

(6)

式中:A為試樣的表面積變化值(m2);E為試樣的彈性模量(MPa)；KIC為試樣的斷裂韌性(Mpa·m1/2)，其可表示為

(7)

公式(6)中，A可由相關(guān)試驗(yàn)儀器直接測(cè)得，則試樣的表面能可表示為

(8)

(9)

(10)

為了驗(yàn)證該能量耗散模型的適用性，將文獻(xiàn)[22]中試樣的能量耗散數(shù)據(jù)與本文試樣的能量耗散計(jì)算結(jié)果(由公式(10)計(jì)算)進(jìn)行了對(duì)比分析，見圖14(a)。其中，文獻(xiàn)[22]分析了某砂巖在10 MPa圍壓下的能量耗散特性，但未考慮巖石壓密階段能量的消耗。

由圖14(a)可見，本文提出的能量耗散模型由于考慮了試樣壓密階段能量的消耗，能量總體的耗散水平較低，用來分析試樣變形破壞階段的能量耗散特性更為合理。

另外，本文選取4 MPa 圍壓下巴東組紫紅色泥巖的破壞過程進(jìn)行能量耗散分析，其結(jié)果見圖14(b)。

圖14 試樣變形過程中能量耗散曲線的對(duì)比Fig.14 Energy dissipation curves of samples in the process of deformation

由圖14(b)可見，試樣在壓密階段有一定的能量消耗；在到達(dá)峰值前，試樣耗散的能量與軸向應(yīng)變呈正相關(guān)，該階段能量的耗散速率主要對(duì)應(yīng)于裂隙的生成速率；在到達(dá)峰值后，由于試樣內(nèi)部的裂隙基本貫通，不再有能量的耗散，該階段試樣的耗散能急劇下降。上述分析結(jié)果表明：本文提出的能量耗散模型可用于分析巖石的破壞過程及其能量耗散特性。

需要指出的是，文中提出的能量耗散模型可進(jìn)一步用于輔助分析具有相似變形階段的巖石變形特征。本文中的巴東組紫紅色泥巖在三軸壓縮條件下具有此變形階段，因此可采用本文提出的能量耗散模型分析其變形過程；但由于模型中涉及到的參數(shù)較多，本文的試驗(yàn)結(jié)果尚不能滿足模型需求，因此選取參考文獻(xiàn)[22]中的數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該模型的合理性，為下一步的模型應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

此外，為了模擬試樣實(shí)際崩解環(huán)境所制備的加壓儀器僅能給試樣施加單軸預(yù)應(yīng)力，這與崩解過程中試樣的實(shí)際受力狀態(tài)有一定的出入，因此后期可考慮圍繞試樣在常規(guī)三軸與真三軸壓縮條件下的崩解特性展開進(jìn)一步的研究。

4 結(jié) 論

本文開展了巴東組紫紅色泥巖干濕循環(huán)條件下強(qiáng)度弱化特性的研究，并分析了試樣變形破壞過程中的能量耗散特性，主要得到以下結(jié)論：

(1) 干濕循環(huán)試驗(yàn)會(huì)降低試樣的峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度，且干濕循環(huán)次數(shù)與試樣的峰值強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度均呈負(fù)線性相關(guān)；試樣的彈性模量受干濕循環(huán)試驗(yàn)的影響程度較小。

(2) 基于CT掃描重構(gòu)模型開展了試樣三軸壓縮條件下的數(shù)值模擬試驗(yàn)，能體現(xiàn)試樣內(nèi)部的初始損傷特性，更符合實(shí)際，且三軸壓縮數(shù)值模擬試驗(yàn)結(jié)果與室內(nèi)三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性。

(3) 試樣受外荷載壓密的過程中需要消耗能量，該能量可由表面能間接確定；考慮試樣壓密階段的能量耗散模型與傳統(tǒng)的能量耗散模型具有一致的變化特征，但前者更能反映試樣變形破壞過程中的能量耗散特性。