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西气东输、地热开发、地下压气储能洞室等国家大力投资开发的重要项目,其工程岩体受到温度和循环应力的作用,温度作用会对岩体造成热损伤,循环应力会使岩体受到频繁扰动,从而会对岩体力学性质造成影响。本文以粉砂岩为研究对象,通过循环加热-冷却试验对试样造成不同程度的热损伤,通过波速、弹性模量对热损伤进行表征,随后进行循环加卸载试验,并通过声发射技术对循环加卸载试验过程进行实时监测,了解试样内部受损程度,探究不同热损伤状态下的粉砂岩在循环应力作用下的力学特性和声发射特性。主要研究结论如下:(1)在加热峰值温度为200℃、400℃、600℃时,经历循环加热-冷却后的粉砂岩试样所受热损伤程度随着峰值温度的升高而增大,进行二十次加热-冷却循环后用波速表征的损伤变量D_V分别为0.015、0.243和0.586;用弹性模量表征的损伤变量D_E分别为0.016、0.159和0.322。(2)以常温条件下试样单轴抗压强度(?)为基准量,得到:试样所受热损伤程度越高,疲劳门槛值越低。其中,加热峰值温度为200℃的试样,疲劳门槛值大于60%(?),加热峰值温度为400℃的试样,疲劳门槛值在(40%~60%)(?)之间,加热峰值温度为600℃的试样,疲劳门槛值小于40%(?)。(3)加热峰值温度为200℃、400℃、600℃时,试样在单轴压缩条件下破坏模式均为近似平行于轴向的劈裂破坏模式,但表现出随着热损伤程度的升高,破坏模式有从劈裂破坏向压缩粉碎破坏过渡的征兆。(4)循环加载应力上限低于疲劳门槛值时,岩石Kaiser效应明显,而高于疲劳门槛值时,Kaiser效应减弱,Felicity效应增强。进一步发现疲劳损伤程度的积累会反作用于疲劳门槛值,使疲劳门槛值不断降低,表现为Felicity比随着循环次数的增加而降低。同时得到当Felicity比下降到一定程度时(以本次试验选用的粉砂岩试样为例,当Felicity比为0.5左右时),有发生疲劳破坏的可能。(5)验证并提出通过声发射技术判断岩石发生疲劳损伤的判据:1.以振铃计数作为判据,循环过程中振铃总计数呈现阶梯式增长;2.三维定位点随着循环的进行不断增加。(6)基于声发射法和耗散能法对循环加卸载过程中发生疲劳损伤的试样损伤特性进行了探究:两种方法均表明岩石损伤主要发生在应力水平接近峰值强度段,同时声发射法表明加载和卸载过程岩石均有不可逆损伤产生,但加载段要大于卸载段。