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摘要：岩石变形破坏经常会致使一些较为严重的地质灾害或事故问题，所以对岩石变形破坏过程机理进行相关的研究是非常重要的，本文从能量这一角度出发，对岩石变形破坏过程之中的能量传递以及耗散进行了相关的研究，其中主要包括岩石变形与破坏过程之中能量的类型、岩石变形破坏的过程阶段，并通过实验对能量的耗散开展了一定的实验研究，得到了岩石变形破坏过程之中能量转变的相应关系，希望可以给相关人士提供一定的借鉴。
关键词：岩石；变形破坏；能量传递；能量耗散
1.岩石变形破坏过程中的能量
在岩石变形过程之中所产生的能量是和其具体的形变方式相互对应的，形变方式不同常常会产生不同的能量，对应关系比如说：弹性形变常常会产生弹性势能，塑性形变往往会产生塑性势能；表面破坏往往会产生表面能、辐射能和动能。就目前的研究发现，岩石变形破坏过程之中能够产生这几种能量，而且这些能量可以在岩石形变破坏中进行数次转换。
在岩石最初接触到外力的时候，岩石内部会出现一定的形变，在此情况下外部能量会通过弹性势能的方式储存到岩石之中，而且弹性势能能够与相应的力学理论结合起来进行计算。弹性势能是一种重要能量，其在岩石出现破坏问题的情况下，会从岩石内部释放出，进而转变成别的形式的能量。所以一般而言岩石在出现破坏后所释放出的能量都是之前受到外力作用积累的弹性势能，之后能量会在岩石形变的作用下产生了一定的影响。
在外部作用力之下岩石不仅会出现弹性形变，岩石的内部还可能会出现空洞与裂纹问题，此时部分外部作用力会转变成岩石表面能，这一能量能够应用损伤力学理论计算出来。如果外部作用力的影响加大，岩石内部就会出现更大程度的裂纹问题，若裂纹扩展产生的能量较大，会使得裂纹变得更大，能够应用断裂力学的理论来计算出此时所释放出来的能量。
在岩石变形的时候还会出现塑性形变现象，并且产生塑性形变势能。除此之外岩石在裂开的时候，所含物质之中的粒子电荷和自由电子等都会产生一定的转移与扩散现象，这一过程之中的岩石会朝外以声波、电磁波等形式释放出能量。在此过程之中能量的变化是非常复杂的，而且这一方面尚未建立起健全的理论体系，基本上这一过程都归属于释放能量的过程，但通常出现在岩石机会要破坏的时候，极少在岩石破坏初期的时候出现。最后岩石在出现破坏问题之后会有岩石废除，也就是有能量会转变成岩石动能，能够应用高速摄像机对岩石的动能进行计算，也可把岩石非诚看成平抛运动来大致算出物体的动能。计算过程相对比较复杂，而且很难通过试验予以验证。
2.岩石变形破坏过程中能量的消耗
依据岩石在破坏变形过程之中出现的应力变化情况我们可以把岩石的变化过程分成五个阶段，分别是：压密、弹性、出现破裂、不稳定发展以及应变软化阶段。岩石的每个阶段有每个阶段变形破坏的特点，其产生的能量消耗情况也有所不同，因此，应该对每个过程都予以重视，具体阶段岩石变形破坏过程之中产生的能量传递、转变及消耗情况，然后予以具体分析。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆下面将分别对岩石变形破坏各个阶段进行简要的介绍：
①压密阶段主要指的是在外力的影响下岩石内部的缝隙空间会逐渐闭合，而外部能量会通过弹簧弹性势能的方式在岩石内部予以储存下来，在后期岩石破坏后此能量会先转换成其他能量，然后予以释放；②弹性阶段主要指的是岩石在外力的影响作用之下出现弹性形变问题，这一部分的能量转变成岩石的弹性势能，若这一范围之中存在卸载的情况，其能量会适当的释放出来，但这种能量的释放通常不会对岩体产生什么具体的破坏影响；③岩石在弹性阶段之后会逐渐的进入到破坏稳定发展阶段，这一阶段又被称之为出现破裂阶段，在此阶段之中岩石内部的裂纹会慢慢发展，之后会把外部能量转变成辐射能、热能、表面能以及弹性势能等，在此过程之中弹性能仍会占据主要位置；④在稳定发展阶段之后会进入到不稳定发展阶段，在此阶段之中岩石内部裂纹在积累到一定程度后会出现质的变化，在此阶段弹性势能会相对降低，转变成表面能和辐射能，在此期间损伤耗能会占据很大的能量比例，因此应该予以足够的注意；⑤应变软化阶段，在这一阶段之中岩石内部各空洞及细小裂缝会逐步汇集起来，然后出现较为严重的破坏，在这种情况之下会致使岩石整体性遭到破坏，而且还会把前期通过外力转变过来的在岩石内部储存起来的弹性势能给释放出来，转变成辐射能、动能或者表面能等形式。通过上面对于岩石变形破坏的各个阶段以及过程的各个关键点，我们可知在岩石变形破坏的整个过程，各个阶段、各个时期都具有不同形式的能量转换，在岩石变形破坏前期产生的能量转换的速度还较为缓慢，但是在岩石变形破坏后期，能力释放的速度回变快，也会变得较为激烈。
3.岩石能量耗散实验
应用砂岩与大理石进行外力加卸载实验以及全过程实验，从而将岩石变形破坏过程之中产生的释放能量、耗散能量之间的数量关系以及岩石破坏产生的影响等给确定下来。在实验过程之中，对岩石破坏、形变和过程之中的能量释放与耗散等进行了相应的分析，在实验之中确定了具体的定量关系。实验中根据砂石与大理石选取了五个样本，每个样本的直径约5cm，在试验中分别对两个样本之中的三个试样开展了实验研究。使用的加载设备是MTS815Flex Test GT， 这一设备能够对岩石的形变与载荷进行测量，运用声音测试系统对发声进行测量。通过实验得出大理石的密度是27g/cm3，其每个轴的抗压强度是103.4Mpa，弹性模量的值是62.1Gpa，其中泊松比例是0.31；通过测量得出砂岩的密度是22g/cm3，每个轴的抗压强度是39.4Mpa，弹性模量是8.8Gpa，其泊松比例是0.34。
通过实验的结果我们可以得出，较之于砂岩大理岩的强度较高，而且其形变量较小，所以我们可以把大理岩归到中等硬度的岩石分类之中，也可以把强度相对较小的砂岩归之于软岩类，通过计算这两个样品的弹性模量和耗能，我们可以看出较之于砂岩，破坏大理岩所需能量要远远超过破坏砂岩所需要的能量，在施加外力前期大理岩的弹性势能储存可以达到所消耗能量的2倍，而砂岩所储存的弹性势能则仅仅与其耗散能量基本一致。所以力学理论之上证明了较之于硬岩来说软岩更容易产生破坏，而且因为硬岩所储存的弹性势能相对较多，所以其破坏所释放出的能量也较大，这一点和工程实际施工之中遇到的情况十分相似。除此之外，岩石的弹性能量释放时间为后期，这主要是因为在前期在岩石之内积累的弹性能量会释放出来，从而为岩石的破坏产生一定的动力。就实验数据而言，声音能量占据的比重十分小，几乎可以予以忽略，因为岩石破裂而转换成声音的能量也是非常小的，虽然声音能量较小但其中却包含着非常多的信息，可以反映出频率、振动幅度以及发射情况等的参数，能够为相关研究人员提供更多的关于岩石破坏研究相关的数据资料。
4.结束语
因为岩石的形成需要较长的一个过程，而且其过程十分复杂，所以致使岩石内部构成与结构性质相对而言较为复杂，本文从能量传递与能量耗散出发，对岩石的变形破坏过程进行了相应的探讨，岩石的变形破坏过程之中包括许多能量形式，岩石变化过程包括五个阶段，通过进行的实验证明硬岩较之于软岩在破坏过程之中会消耗更多的能量，在岩石变形破坏过程之中虽然产生的声音能量较小，但是声音能量之中却包含着十分复杂的岩石变化相关信息。
参考文献：
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[3]谢和平,彭瑞东,鞠杨.岩石变形破坏过程中的能量耗散分析[J].岩石力学与工程学报.2012,（21）:365-366
论文作者:陈洁东
论文发表刊物:《防护工程》2017年第9期
论文发表时间:2017/9/1
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