煤炭学报

作者：于洋, 江亲财, 王泽华, 卢毓崟, 郭啟翔, 曾慧明,

关键词：冻融循环, 动态力学, 损伤演化, 应变率效应, 本构模型,

为研究冻融岩石在冲击荷载作用下的动态力学特性和损伤演化特征，以寒区红砂岩为研究对象，开展0、15、30、45、60次冻融循环试验和动态冲击试验，分析了应变率和冻融损伤对红砂岩动态力学特性的影响，在考虑损伤阈值的损伤演化方程基础上，基于组合元件模型理论和统计损伤理论构建了冻融红砂岩的损伤黏塑性动态本构模型，并验证了模型的合理性及适用性。结果表明：红砂岩存在冻融循环效应和应变率效应，其动态峰值强度随应变率的增加或冻融循环次数的减少而降低，高应变率对冻融损伤的敏感性越强；引入动态峰值强度损失量γ可以消除冲击荷载作用下的应变率效应，能更直观地反映不同冲击荷载作用下冻融循环对岩石动态峰值强度的影响，冻融45次是损伤阈值点，经过45次之后冻融损伤趋于稳定；冻融与未冻融相比，内部形成了尺度较大的裂纹网络，破坏模式由劈裂向剪切破坏转变，冻融环境下力学特性劣化明显；砂岩的线弹性阶段表现明显在经过冻融循环之后，在D-P破坏准则的基础上，推导出了考虑损伤阈值的损伤演化方程，更具有合理性。基于朱−王−唐本构模型，引入了损伤体构建的黏弹塑性动态本构方程，体现本构模型的全面性；研究建立的动态本构模型很好地反映了红砂岩在受荷变形过程中所表现出的损伤软化、黏弹性和黏塑性等复杂特性，并且也反映出冻融损伤对红砂岩动态力学特性的影响； 所得结论可为研究季节性高寒地区岩石的冲击动态破坏提供参考。

来源：2025年第5期

《煤炭学报》期刊编辑部

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