循环加载条件下岩石损伤及其恢复的微观力学
摘要：岩石在受压应力下，以拉伸形式的微裂纹与微观界面上的内部滑移相耦合，如预存在的裂缝和晶界。为了表征滑动对整体损伤过程的贡献，我们在Westerly花岗岩上进行三轴循环加载实验，并监测体积应变、弹性波速度和各向异性。循环加载实验显示出轴向应力-应变行为的大的滞后，完全可以通过滑移来解释。弹性波速度的变化仅在屈服点后观察到，并且在卸载过程中表现出不完全可逆性的滞后。不可逆的体积应变和弹性波速度降低，并且各向异性随最大应力增加而增加，在静水卸载期间随时间对数减小。机械数据和弹性性质的变化用于确定产生拉伸裂缝所需的机械功的比例，这个比例随着岩石接近破坏而增加，但仍然很小，高达每个循环净耗散功的10\%左右。岩石的预破坏变形行为在质量上与翼裂纹的力学特性相一致。尽管拉伸裂缝是岩石物理性质的重要变化源，但它们与能量耗散并不系统地相关联，其张开和生长主要受摩擦控制，在脆性范围内摩擦对岩石流变学产生主导控制。预存在的剪切界面上的时间依赖摩擦解释了拉伸裂缝如何在静态条件下闭合，并随时间产生弹性波速度的恢复。
作者：Nicolas Brantut, L''eo Petit
论文ID：2206.13407
分类：Geophysics
分类简称：physics.geo-ph
提交时间：2022-11-23