循环加载条件下岩石损伤的微观力学及其恢复

在压应力下，以拉伸微裂纹形式的岩石“损伤”与微观界面（如先存裂纹和颗粒边界）上的内部滑移耦合。为了表征滑移对整体损伤过程的贡献，我们对Westerly花岗岩进行了三轴循环加载实验，并监测体积应变和弹性波速度及各向异性。循环加载测试显示轴向应力-应变行为中存在大的滞回，可完全由滑移解释。弹性波速度变化仅在屈服点之后观察到，并显示出滞回且在卸载时不完全可逆。不可恢复的体积应变和弹性波速度下降以及各向异性随最大应力增加而增加，在水压卸载过程中被放大，并在变形循环后的静水保压期间随时间对数减小。力学数据和弹性性质变化被用于确定产生拉伸裂纹所需的机械功比例，该比例随岩石接近破坏而增加但保持较小，最高约为每循环净耗散功的10%。岩石的临破变形行为在性质上与翼裂纹力学相容。虽然拉伸裂纹是岩石物理性质大变化的来源，但它们并非系统性地与显著能量耗散相关，其张开和生长主要由摩擦控制，摩擦在脆性行为区对岩石流变起主导控制作用。沿先存剪切界面的时间依赖性摩擦解释了拉伸裂纹如何在静态条件下闭合并产生弹性波速度随时间的恢复。