冻融损伤砂岩的能量演化及分段本构模型

为研究冻融砂岩受载过程中的损伤劣化规律，首先，对冻融0,25,50,75和100次的砂岩进行单轴压缩试验，获得不同冻融循环后损伤砂岩的应力-应变关系以及破坏模式；其次，基于能量演化及能量分配规律，分析不同冻融次数砂岩的损伤特性；最后，提出利用耗散能变化规律确定应力-应变曲线分段压密点的方法，建立冻融砂岩的分段损伤本构模型。研究结果表明：砂岩的强度和弹性模量随冻融次数增加而降低，砂岩的破坏模式逐渐由剪切破坏为主向张剪复合破坏转变；破坏后的裂纹数量逐渐增多，破坏表现为由脆性逐渐向延性破坏过渡；峰值应力处的总能量、弹性能、耗散能均随冻融次数增加，表现出“减小—增加—减小”三段式变化规律；弹性能耗比(耗散能与弹性能的比值)的最小值K_min是判断砂岩从稳定状态转向非稳定状态的重要标志，是冻融砂岩破裂前的预兆指标。基于冻融和受荷损伤因子，建立了考虑压密段的分段损伤本构模型，能够更合理地描述冻融损伤砂岩的变形破坏过程。