单轴压缩下脆性岩石损伤破坏能量演化规律试验研究.pdf

书书书 工程地质学报 （）刘冬桥，郭允朋，李杰宇，等 单轴压缩下脆性岩石损伤破坏能量演化规律试验研究 工程地质学报，（）：，（）：单轴压缩下脆性岩石损伤破坏能量演化规律试验研究刘冬桥郭允朋李杰宇凌凯葛嘉诚（中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京 ，中国）（中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院，北京 ，中国）摘要脆性对岩石破裂模式及损伤演化过程具有重要影响。本文对采自某铁路隧道群的 种不同岩性的脆性岩石开展单轴压缩试验，在分析其应力 应变过程、破坏模式和能量演化特征的基础上，综合考量峰前弹性能积聚率、峰后能量耗散程度及耗散速率，建立一种基于岩石应力 应变曲线全过程的脆性指数计算方法，进一步基于能量耗散表征损伤变量，分析了脆性岩石损伤演化过程，并探讨了从损伤演化角度建立脆性评价指标的可行性和合理性。结果表明：（）试验所采用的 种不同岩性岩石应力 应变曲线峰后段均表现出不同程度的脆性跌落现象。（）基于本文建立的脆性指标对 种岩石进行脆性定量评价和比较，脆性程度由大到小依次为：辉长岩、变质砂岩、石英片岩、粗粒花岗岩、板岩、大理岩。（）单轴压缩条件下，基于能量耗散表征的脆性岩石损伤演化过程整体呈“”型发展趋势，可分为初始损伤、损伤保持、损伤稳定发展、损伤加速发展以及损伤减缓至终止 个阶段，能够很好地反映岩石内部微裂纹压密闭合、萌生发育、扩展贯通直至宏观破坏的整个过程。关键词单轴压缩；脆性指数；能量；损伤演化中图分类号：文献标识码：收稿日期：；修回日期：基金项目：国家自然科学基金（资助号：，）（，）第一（通讯）作者简介：刘冬桥（），男，博士，副教授，硕士生导师，主要从事岩石力学理论及工程方面的科研与教学工作 ：（，（），）（，（），），：（）（），（）“”，：，；引言岩石在复杂地质力学条件下损伤破坏实际上是由于能量在不断积聚、传递、交换等驱动其内部微裂纹孕育萌生、扩展与贯通的一种渐进性状态失稳现象（，；张超等，），而能量的耗散过程恰好代表并反映了岩石内部损伤程度和裂纹发展的演化规律（陈子全等，）。因此，从能量耗散角度分析受荷岩石损伤演化过程及破坏机理能够更深刻地揭示其复杂破裂过程，这对于实际岩体工程安全稳定性预测与评价具有重要的理论指导意义。目前，学者们开展了大量室内单、三轴或循环加卸载试验，研究各类型岩石在不同外界条件影响下的力学特性和能量演化特征（，），如饱水作用（柳万里等，）、温湿循环作用（叶四桥等，）、加载速率（李树刚等，）、层理倾角作用（陈子全等，）等。在充分认识不同试验条件下岩石能量演化特征的基础上，学者们又对岩石脆性评价和损伤演化进行了深入研究，并取得丰富的研究成果。在岩石脆性评价指标方面，大量学者从能量演化角度给出了各自的评价方法。张军等（）结合峰前耗散能和峰后断裂能建立了能够反映岩石破坏前 后 力 学 特 征 的 脆 性 评 价 指 数。陈 国 庆 等（）综合考虑岩石峰前弹性能的积聚特性和峰后弹性能的释放特性，建立一种基于弹性能演化全过程的岩石脆性评价指标。（）提出的脆性指标考虑了峰值强度前的弹性应变能和耗散能以及峰后应力降的影响。（）对泥岩、砂岩等共 种不同岩性试样开展单、三轴压缩试验，基于能量耗散演化提出损伤系数，并建立新的脆性评价指标。从能量角度建立考虑岩石试验过程中能量演化的脆性指标，能够更准确地反映岩石的脆性破坏程度。在岩石损伤演化特征方面，众多学者从弹性模量、声发射特征参数、能量耗散等不同角度揭示岩石损伤劣化过程。温韬（）对龙马溪组页岩开展单三轴试验，研究页岩能量演化规律、损伤演化规律和脆性特征，发现能量耗散与岩石损伤具有正相关性，基于能量耗散的损伤演化规律符合“”型曲线特征。熊绍真等（）考虑岩溶化裂隙岩体的初始损伤，发现初始损伤的存在对裂隙岩体也具有明显的劣化作用。潘永亮等（）对三峡库区侏罗系泥质粉砂岩进行不同水压力状态下三轴压缩声发射试验，基于声发射振铃计数建立了水致初始损伤的损伤演化方程。研究表明，岩石损伤演化过程均可大致分为初始损伤、损伤开始、损伤加速及损伤变缓等阶段，这与岩石应力 应变过程相对应。由上述文献调研分析发现，针对岩石在不同条件下能量演化规律、脆性评价及损伤劣化过程已取得丰硕成果，但将岩石脆性特征与其损伤演化过程建立联系少有报道。因此，从损伤角度探讨岩石脆性或建立脆性评价指标对丰富岩石脆性评价体系具有重要理论意义。本文以取自某铁路隧道群的 种不同岩性试样为研究对象，开展室内单轴压缩试验，分析其应力应变过程、破坏模式及能量演化特征，综合考量峰前弹性能积聚率、峰后能量耗散程度及耗散速率，建立一种基于岩石应力 应变曲线全过程的脆性指数计算方法，进一步引入耗散能表征的损伤变量，分析脆性岩石单轴压缩过程中损伤演化规律，并探讨损伤与脆性之间的联系。岩样制备与试验方案 岩样制备按照国际岩石力学学会建议方法及岩石力学试样规范（，），将取自某铁路隧道群的 种不同岩性的脆性岩石，分别为辉长岩、变质砂岩、石英片岩、粗粒花岗岩、板岩及大理岩，制作成高 工程地质学报 度 、直径 的标准圆柱体试样，利用砂轮机将岩样两端面仔细研磨进行抛光处理，确保试样端面平行度和轴线与端面的垂直度控制在 以内，将制备好的试样放置在室温环境下自然风干两周以上。使用 非金属超声检测仪测试岩样纵向波速，并在每组样品中挑选出离散性较小的试样用来进行后续试验，如 图 所示。图 试验岩样 辉长岩；变质砂岩；石英片岩；粗粒花岗岩；板岩；大理岩 试验方案采用中国矿业大学（北京）深部国家重实验室自主研发的深部岩石非线性力学试验系统开展单轴压缩测试，该系统主要包括试验主机、液压源和伺服控制器 个部分（图 ），可施加最大轴向力为 。本次试验采用轴向位移控制加载，加载速率为 ，沿轴向施加荷载的同时，设备自动记录并实时显示试验曲线，加载直至试样最终破坏后停止试验。图 试验系统 试验结果与分析 单轴压缩试验结果图 为单轴加载下 种脆性岩石应力 应变曲线。由于试验机刚度难以达到绝对刚性，因此难以获得强脆性岩石峰后完整变形曲线。图 种不同岩性岩石的应力 应变曲线 由图 可知，不同岩性试样曲线在加载初期均表现出明显的非线性下凹状，随荷载增加曲线逐渐变为直线或近似直线，石英片岩、板岩、大理岩均出现应力略微突降又重新回升现象，除大理岩外，其余试样峰前塑性变形阶段均不明显，当荷载超过峰值强度时，不同试样曲线表现出程度各异脆性跌落特征，辉长岩和板岩峰值强度较高，且辉长岩峰后应力跌落程度及跌落速率明显大于其他试样；石英片岩和变质砂岩峰前应力 应变曲线基本重合，后者峰值点强度和应变值略高于前者，两者峰前应力上升速率明显高于粗粒花岗岩试验结果，但三者峰后曲线斜率相近，表现出较强的脆性特征；大理岩峰值强度最低，约为 ，峰后变形过程较长，同时表现出应力跌落和应力回升调整现象，其脆性程度最低。对试验曲线进行定性分析可知，辉长岩、变质砂岩、石英片岩、粗粒花岗岩及板岩峰后阶段均表现出陡落型特征，而大理岩表现为逐步跌落特征。单轴压缩下 种岩样破坏形态如图 所示。辉长岩和粗粒花岗岩破坏时存在较大块体弹射现象，且前者破裂程度最为剧烈，试样被剪切断裂成两部分，碎块较大，弹射距离较远，并伴随爆炸式声响，而后者碎块弹射力度较低，破坏时声响较沉闷。变质砂岩、石英片岩和大理岩表现出复合型劈裂剪切破坏模式，试样表面产生 条以上主要的贯通裂纹，且主裂纹附近亦产生多条二次裂纹。板岩表面产生多条沿板劈理方向的贯通型劈裂裂纹，表现为典型的张拉破坏。能量演化过程岩石在外荷载作用过程中伴随着能量输入、积聚、耗散与释放，试验装置通过施加轴向荷载进行能 （）刘冬桥等：单轴压缩下脆性岩石损伤破坏能量演化规律试验研究图 单轴压缩条件下 种岩样的破坏特征 辉长岩；变质砂岩；石英片岩；粗粒花岗岩；板岩；大理岩量输入，岩石以弹性应变能形式持续存储能量，并在初始裂纹压密、塑性变形、裂隙发育扩展和峰后应变软化过程中动态地耗散和释放能量。其中：弹性应变能在特定条件下具有可逆性，而耗散能在任何条件下都是单向不可逆的。单轴压缩下岩石内部能量计算过程如下（谢和平等，）：（）（）（）（）式中：、分别为岩石总吸收能量、储存弹性应变能和耗散释放能量（）；、分别为轴向应力和轴向应变；为弹性模量。根据式（）、式（）和式（）计算得到 种不同岩性岩石单轴压缩过程中的能量演化过程，如图 所示。可以看出，弹性应变能演化过程与应力 应变曲线类似，总吸收能量和耗散能演化曲线总体呈“”型增加。结合其应力 应变曲线，可将能量演化过程大致分为 个阶段：（）原生微裂隙压密闭合阶段：试验机施加荷载做功输入的能量一部分以弹性能形式储存起来，但由于岩样内部原生缺陷或裂隙之间的压密闭合及固体颗粒摩擦作用，导致一部分能量被消耗释放，因此耗散能曲线表现出缓慢增加的趋势。（）线弹性变形阶段：总能量演化曲线与弹性能演化曲线几乎保持同步状态持续增加，而耗散能演化曲线近乎处于同一水平状态下保持不变，表明此阶段岩石吸收的能量以弹性应变能形式储存，原因是该阶段几乎没有新微裂纹产生或原生裂纹扩展，因此几乎没有能量的释放和耗散。（）微裂隙不稳定扩展阶段：随轴向应变增加，弹性能演化曲线与总能量演化曲线不再保持同步发展状态，弹性能演化曲线不再呈线性方式持续发展，其曲线斜率开始有所减小，而耗散能演化曲线也不再保持平稳发展状态，其曲线斜率开始逐渐增大，且所占比重也逐渐增加，这是由于新的微裂纹逐渐萌生、扩展并交汇贯通以及裂纹间摩擦作用增多，消耗了更多的能量。由于辉长岩、变质砂岩、粗粒花岗岩和板岩塑性变形不明显，因此耗散能曲线依旧继续平稳发展。（）峰后破坏阶段：弹性应变能演化曲线发生转折并急速下降，耗散能曲线急速上升，这是由于外界荷载超过峰值应力后岩石突然发生脆性破坏，内部大量微裂纹相互连接贯通形成宏观裂缝，弹性应变能被大量急剧地释放。表 为不同岩性岩石峰值强度处对应的各能量值。岩石达到峰值强度时储存的弹性应变能量值与外力做功总输入能量的比值称为峰值储能系数，由表可知，种不同岩性岩石中，辉长岩和变质砂岩峰值储能系数最高，对应其破裂程度及峰后能量释放程度最为剧烈，脆性程度最强；大理岩峰值储能系数最低，其破坏后依旧保持较完整状态，峰后能量释放速率较其余试样缓慢，脆性程度最弱。脆性评价脆性是岩石重要力学性质之一，是指在外力作用下发生很小变形就突然破坏并丧失承载力的性质，定量评价岩石脆性程度为预测深埋高地应力隧道岩爆发生及判断岩爆倾向性提供了重要参考依据。迄今为止，国内外学者针对各种工程实践借助不同研究方法和手段建立了近百种岩石脆性评价指标，主要手段包括基于岩石强度参数、变形参数、矿物组成成分、应力 应变曲线形态、能量演化过程等。为评价分析 种试验岩样的脆性程度，借助 种具有代表性的脆性评价指标进行描述分析，见表。各指标详细构建过程及物理意义可参考原文。本节在分析岩石变形破坏过程中能量演化特征的基础上，综合考量峰前弹性能积聚率、峰后能量耗散程度及耗散速率，建立一种基于岩石应力 应变曲线全过程的脆性指数计算方法。对于均质完整、硬度高的岩块来说，其初始非线性变形不明显，受载后即进入弹性变形阶段，初始微裂纹压密闭合耗散的能量可以忽略不计。然而工程实践中经历各种扰 工程地质学报 图 岩石变形破坏过程中能量变化曲线 辉长岩；变质砂岩；石英片岩；粗粒花岗岩；板岩；大理岩表 不同岩性岩石峰值储能系数 岩样类型总吸收能 弹性应变能 耗散能 辉长岩 变质砂岩 石英片岩 粗粒花岗岩 板岩 大理岩 动作用后的岩体内部或多或少会含有微裂纹、微裂隙等初始损伤，从而引起岩石受压变形过程中的裂纹闭合效应（彭俊等，）。（）引表 种代表性脆性评价指标 文献来源计算公式周辉等（）（）夏英杰等（）（）（）陈国庆等（）()入裂纹闭合能来评价岩石内部初始微裂纹损伤程度，即微裂纹压密闭合所耗散的能量，即 图 中 表示的面积。笔者认为，在借助应力 应变曲线建立脆性指标时应舍去岩石初始压密阶段产生的非线性变形和裂纹闭合摩擦作用耗散的能量，当初 （）刘冬桥等：单轴压缩下脆性岩石损伤破坏能量演化规律试验研究图 岩石峰前脆性指标确定示意图 始裂纹压缩闭合后，此时岩石最接近于完整无损、理想弹性状态，弹性变形阶段能量不断累积，峰前能量耗散是荷载超过起裂应力后新裂纹发育扩展、岩石发生塑性变形导致的。根据李庆辉等（）对脆性的评价，岩石峰前抵抗非弹性变形的能力是脆性强弱的主要力学表现。若峰前弹性变形能力越强，外荷载做功输入的能量更多以弹性应变能储存在岩石内部，峰前塑性变形能力及裂纹扩展程度越低，耗散的能量越少，则岩石峰后破坏时释放的弹性能就越多，进而表现出更高的脆性破坏程度；反之，若峰前塑性变形越大，岩石内部裂纹能够充分发育扩展，相应地会耗散更多能量，则峰后破坏时释放的弹性能就越少，脆性破坏程度就越弱。根据上述分析，可采用岩石峰前实际积累的弹性应变能与理想弹性变形过程积累应变能的比值表征岩石峰前脆性程度，即 图 中 面积与 面积的比值，且与脆性呈正相关，因此，岩石峰前脆性指标可表示为：（）式中：表示峰前实际积累的弹性能；表示理想弹性状态下积累的弹性能。根据图 可直观获得具体计算式：（）（）（）（）（）式中：、分别为峰值强度和峰值应变；为裂纹闭合应变，可根据线弹性阶段反向延长线与横轴的交点确定。将式（）、式（）代入式（），可得到岩石峰前脆性指标表达式：（）（）取值范围为（，），当岩石峰前处于理想弹性变形状态时，外荷载做功输入的机械能全部转化为弹性应变能储存在岩石内部，此时 ，；当岩石峰前处于完全塑性变形状态时，输入机械能完全用于裂纹扩展行为转化成耗散能，此时 ，。当外荷载达到岩石峰值强度后，峰前积聚的弹性应变能在裂缝贯通形成宏观破裂面的瞬间大量释放。峰后耗散能演化曲线上升越急剧，表明弹性能释放越迅速，脆性破坏程度越强。因此，综合考虑峰后能量耗散程度及耗散速率来表征峰后脆性程度，如图 所示。其中：峰后能量耗散值（）与岩石变形破坏过程中总能量耗散 的比值表征峰后能量耗散程度，峰后能量耗散值（）与峰后变形（）的比值表征峰后能量耗散速率，注意在计算岩石峰前脆性指标时不考虑初始压密阶段能量耗散值，故在实际计算过程中应舍去裂纹闭合耗散的能量，具体计算表达式如下：（）（）（）（）式中：为裂纹闭合能，可根据岩石弹性变形阶段耗散能曲线确定；、分别为峰值强度和残余强度处的耗散能；为残余应变。越大，表明峰后脆性破坏程度越强。在峰前和峰后脆性指标基础上进一步建立能够考虑岩石应力 应变曲线全过程的脆性评价方法。当脆性指标包含两个或多个表征参量时，存在加法组合、乘法组合或指数形式等不同表达方法。考虑到峰前脆性指标 取值范围小于 ，而峰后脆性指标 取值范围通常大于 ，若将两者之和作为最终评价结果，则主要体现的是峰后脆性特征，峰前脆性特征无法得到充分表征。因此，本文将峰前峰后脆性值的乘积作为最终评价结果，即：（）工程地质学报 图 岩石峰后脆性指标确定示意图 显然，若 计算结果越大，则表明岩石脆性程度越高。如果对某一组试验结果进行脆性大小比较，则可以对 值进行标准化处理（夏英杰等，），即：（）式中：、分别为该组试验结果标准化前、后的脆性值；、分别为该组试验结果中脆性指数的最大值和最小值。取值范围为 ，该值越大表明岩样脆性破坏程度越高。表 脆性评价指标 、计算结果统计 、岩样类型峰值强度 峰值应变残余强度 残余应变裂纹闭合应变 弹性模量 辉长岩 变质砂岩 石英片岩 粗粒花岗岩 板岩 大理岩 接下来，利用本文所建脆性指标评价 种不同岩性岩石脆性程度，并与已有的 种典型脆性指标评价结果作比较，验证本文所建脆性指标的合理性及适用性。结合图 、图 、图 和图 计算出各脆性指标所需参数以及 种不同岩样的脆性结果，详见表 。图 为 种不同岩样脆性程度计算结果，可以看出，辉长岩脆性程度最高，变质砂岩、石英片岩、粗粒花岗岩和板岩脆性程度相当，大理岩脆性程度最弱。这与上述岩石应力 应变曲线形态及试验后岩样破坏图片所体现出的脆性程度定性分析结果一致。然而，由于试验机刚度不够，无法准确采集到峰后应力 应变数据，造成变质砂岩、石英片岩、粗粒花岗岩和板岩脆性计算结果差异性不大，但毫无疑问的是，本次试验样品中，辉长岩脆性破坏程度最强，而大理岩脆性破坏程度最弱，证明了本文所建脆性评价指标的合理性，其适用性还需进一步结合更多试验数据与其他脆性指数进行对比评价。图 脆性评价结果 基于能量耗散的脆岩损伤演化过程 损伤变量目前，已有的岩石脆性评价指标多是基于应力 应变曲线构建的，很少会考虑到岩石损伤，而岩石损伤演化过程可以看作是岩石变形破裂过程中的能量耗散过程，这与岩石脆性密切相关。脆性程度越强的岩石在压缩过程中更容易发生突发性破坏，其能量耗散过程可在短时间内完成，即损伤演化速度越快；脆性程度越弱的岩石在压缩过程中主要以渐近性损伤破坏为主，岩石内部微裂纹发育扩展充分，其能量耗散过程也表现出显著的渐进性增长特 （）刘冬桥等：单轴压缩下脆性岩石损伤破坏能量演化规律试验研究征，即损伤演化速度越慢。因此，研究岩石损伤演化过程可为评价其脆性提供新思路。为描述岩石材料受荷状态下裂纹发育扩展导致的损伤累积、性能劣化过程，学者们从不同角度定义了损伤变量，如变形模量、声发射特征参数、波速、耗散能等。岩石损伤破裂的过程伴随着不可逆的能量耗散和释放，假设与外界无热交换，那么能量耗散过程恰好反映了损伤演化。因此从能量耗散角度表征损伤变量更能反映岩石损伤破裂的本质特征（金丰年等，）。基于标准化累积耗散能表征的岩石损伤变量（，）为：（）式中：为任意给定 的应力状态下累积耗散能量值，且 ，；为岩石最终完全破坏时累积耗散能量值。时表明岩石完整无损伤，时表明岩石破坏，完全丧失承载能力。然而，考虑到岩石峰后还未完全破坏，即还具有一定承载能力，因此可将式（）修正为：()（）式中：（）为修正因子；为残余应力；为峰值应力。损伤演化过程分析根据式（）可计算岩石变形过程中损伤演化曲线，以大理岩计算结果为例（图 ），对基于能量耗散表征的岩石损伤变量演化过程进行分析。可以看出，大理岩损伤演化曲线整体呈“”型发展趋势，结合单轴压缩应力 应变曲线，可将基于能量耗散表征的脆性岩石损伤演化过程大致分为以下 个阶段：（）初始损伤弱化阶段：此阶段岩石内部原生裂纹压密闭合产生非线性变形，可看作是一种初始损伤“恢复”的过程，原生裂纹、裂隙等初始缺陷在初期荷载作用下压密闭合产生摩擦作用，并耗散掉少部分能量，损伤变量逐渐增加，但增幅不大，反映了岩石原生缺陷损伤的程度；（）损伤保持阶段：该阶段岩石发生弹性变形，荷载超过裂纹闭合应力后，原生缺陷闭合且没有新裂纹萌生发育，故损伤变量保持不变；（）损伤稳定发展阶段：该阶段岩石发生塑性变形，新的微裂纹逐渐萌生发育耗散部分能量，损伤变量逐步增加；辉长岩、变质砂岩、粗粒花岗岩塑性变形不明显，峰前表现出较强脆性特征，因此损伤依旧保持稳定不变；（）损伤加速发展阶段：当荷载超过岩石峰值强度，岩石内部裂纹贯通形成宏观裂缝，发生脆性破坏，弹性能急剧释放，耗散能突增，损伤开始加速发展，损伤曲线进入非线性演化阶段；（）损伤减缓至终止阶段：大理岩峰后存在一段缓慢应变软化过程，对应损伤演化曲线增速减缓，并在最终时刻达到峰值。由此可见，基于能量耗散表征的损伤变量演化过程能够很好地反映岩石内部微裂纹压密闭合、萌生发育、扩展贯通直至宏观破坏的整个过程。图 大理岩能量损伤演化曲线 上述仅以大理岩为例进行分析，然而，由于辉长岩、变质砂岩、石英片岩、粗粒花岗岩以及板岩峰后曲线脆性跌落速率较大，故损伤演化第 阶段不明显或不存在。弹性能、耗散能分别与总能量的比值能够反映岩石变形中能量转化规律。图 为 种不同岩石单轴压缩过程中弹性能比例、耗散能比例以及归一化基于能量耗散表征的损伤变量演化曲线。从图中可以看出，弹性能比例曲线和耗散能比例曲线均呈现“”型变化规律，分析耗散能比例曲线变化规律，初期出现短暂升高趋势，这是由于初期裂纹变形大于岩石基体变形，结构弱面快速压缩闭合消耗较多能量，随后耗散能比例曲线发生转折，呈线性稳定下降，但依旧高于弹性能比例曲线，说明岩石内部初始缺陷压密、颗粒摩擦活动耗能仍占主导，固体基质开始产生弹性变形，应变能不断积聚，随着荷载增加耗散能比例曲线下降幅度和弹性能比例曲线上升幅度均逐渐减缓，当荷载达到峰值强度时，岩石产生脆性破坏，储存的应变能急速剧烈释放，弹性能比例曲线迅速跌落，耗散能快速增大，数值超过弹性应变能。辉长岩、变质砂岩、石英片岩、粗粒花岗岩及板岩属于强脆性岩石，峰后破坏程度均强于大理岩，因此峰 工程地质学报 图 单轴压缩下岩石能量损伤演化曲线 辉长岩；变质砂岩；石英片岩；粗粒花岗岩；板岩；大理岩后应变能释放速度及损伤演化速度也高于大理岩。讨论从图 中还可发现，辉长岩、变质砂岩、石英片岩、粗粒花岗岩和板岩峰后损伤程度陡增至最大值，而大理岩峰后损伤过程存在明显的渐进性增长过程。因此，从损伤角度看，岩石损伤演化过程与其脆性程度也存在着密切联系。岩石峰后损伤演化速度越快，表明其内部裂纹越容易扩展贯通形成宏观断裂面，脆性程度越强；相反，若峰后损伤演化速度越慢，表明塑性变形过程明显，裂纹扩展贯通速度缓慢，脆性程度越弱。实际上，已有少部分学者从损伤演化角度建立脆性评价指标（，；胡清波等，；，），这也为评价岩石脆性提供新思路。然而，受限于试验条件影响，如试验机刚度、加载速率、试样几何尺寸等，往往难于获得完整的岩石峰后应力 应变曲线，另外，残余强度起始点的选取一定程度上也会影响峰后脆性指数的计算结果。如图 所示（，），花岗岩峰后应力 应变曲线存在明显应力突降和缓降阶段，而从损伤演化角度看，应力突降阶段弹性应变能快速释放，岩石内部裂纹快速贯通形成宏观断裂面，损伤程度加速发展；应力缓降即塑性变形阶段，裂纹扩展速度变慢，损伤增速变缓。若仅考虑峰后损伤加速阶段变形力学特性，岩样 脆性破坏程度显然大于岩样 ，（）刘冬桥等：单轴压缩下脆性岩石损伤破坏能量演化规律试验研究图 花岗岩不同加载模式下应力 应变曲线 若完全考虑峰后应力 应变全过程，则容易出现脆性评价结果相同的矛盾情况，而从损伤演化特征角度建立脆性指标能够克服该局限。结合作者前期的相关研究（刘冬桥等，），借助 函数实现了对岩石损伤演化全过程的完整、统一描述和预测，并将该过程分为弹性恢复、损伤保持、损伤开始、损伤加速和损伤变缓 个阶段，这为从损伤演化角度建立脆性评价指标提供了基础和思路，是作者下一步的研究方向。结论本文对 种不同脆性岩石开展单轴压缩试验，分析其应力 应变过程、破坏模式、能量演化特征、脆性程度及损伤演化过程，得到以下主要结论：（）辉长岩、变质砂岩、石英片岩、粗粒花岗岩及板岩单轴压缩应力 应变曲线均为陡落型，大理岩为逐步跌落型。（）综合考量岩石峰前弹性能积聚率、峰后能量耗散程度及耗散速率建立一种脆性指数计算方法，本次试验采用的 种岩石脆性程度由大到小依次为：辉长岩、变质砂岩、石英片岩、粗粒花岗岩、板岩、大理岩。（）基于能量耗散表征的脆性岩石损伤演化过程整体呈“”型变化趋势，可分为初始损伤、损伤保持、损伤稳定发展、损伤加速发展以及损伤减缓至终止 个阶段，能够很好地反映岩石内部微裂纹压密闭合、萌生发育、扩展贯通直至宏观破坏的整个过程。参考文献 ，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，工程地质学报 （）：，：，：，：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：陈国庆，吴家尘，蒋万增，等 基于弹性能演化全过程的岩石脆性评价方法 岩石力学与工程学报，（）：陈子全，何川，吴迪，等 深埋碳质千枚岩力学特性及其能量损伤演化机制 岩土力学，（）：胡清波，梁海安，杨婷，等 一种基于统计损伤本构关系的岩石脆性评价新方法 哈尔滨工业大学学报，（）：金丰年，蒋美蓉，高小玲 基于能量耗散定义损伤变量的方法 岩石力学与工程学报，（）：李庆辉，陈勉，金衍，等 页岩脆性的室内评价方法及改进 岩石力学与工程学报，（）：李树刚，陈高峰，双海清，等 加载速率和初始损伤对砂岩能量演化影响的试验研究 采矿与安全工程学报，（）：刘冬桥，李东，张晓云 基于缺陷生长的岩石应变软化损伤本构模型研究 岩石力学与工程学报，（）：刘冬桥，王焯，张晓云 岩石应变软化变形特性及损伤本构模型研究 岩土力学，（）：柳万里，晏鄂川，戴航，等 巴东组泥岩水作用的特征强度及其能量演化规律研究 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