中低應(yīng)變率加載下弱膠結(jié)軟巖動(dòng)力學(xué)特性

蘇宏明，王 磊，陳世官，秦 越

(西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，西安 710054)

我國(guó)西部礦區(qū)多為侏羅系煤層，上覆巨厚白堊系富水地層(主要是細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖、礫巖及泥砂巖互層等)，這類巖層孔隙率大、膠結(jié)弱、強(qiáng)度低[1-3]。在礦井建設(shè)中，多采用爆破法進(jìn)行開挖與掘進(jìn)，而地層內(nèi)含水層較多，爆破沖擊荷載作用會(huì)對(duì)巖石造成損傷，出現(xiàn)透水、涌水等事故，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)此類軟巖在沖擊荷載作用下的損傷特性展開研究是十分有必要的。

對(duì)于此類弱膠結(jié)軟巖的研究，靜力學(xué)方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者紀(jì)洪廣等[4]、王渭明等[5-6]對(duì)常溫狀態(tài)下的單軸、三軸力學(xué)性能展開研究，指出弱膠結(jié)軟巖的彈性模量、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、黏聚力總體上隨著埋深的增加呈線性增大，但遇水易崩解，其力學(xué)參數(shù)大多小于中東部同類巖石參數(shù)的下限；楊更社等[7-9]、李棟偉等[10-11]對(duì)常溫和低溫下的試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)這類軟巖在常溫狀態(tài)下強(qiáng)度低、軟化系數(shù)低、流變特征明顯，而凍結(jié)下強(qiáng)度提升明顯，脆性顯著；汪仁和等[12]通過試驗(yàn)方法模擬了白堊系軟巖在地下施工應(yīng)力狀態(tài)的變化過程，提出了黏彈塑非線性蠕變本構(gòu)力學(xué)模型，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了參數(shù)反演；趙增輝等[13]采用三軸壓縮試驗(yàn)和等效應(yīng)變?cè)韺?duì)此類軟巖在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的損傷行為進(jìn)行研究，得到砂巖在三軸壓縮下?lián)p傷變量的演化規(guī)律，并建立了考慮泥巖殘余階段變形的統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型。可以看出，有關(guān)此類軟巖在靜力學(xué)狀態(tài)下的力學(xué)性質(zhì)、損傷演化規(guī)律以及本構(gòu)關(guān)系的研究已取得了豐碩的成果。動(dòng)力學(xué)方面，Hopkinson壓桿(SHPB)裝置已廣泛的應(yīng)用于巖石類材料動(dòng)力學(xué)性能方面的測(cè)試，其中楊仁樹等[14-17]應(yīng)用SHPB系統(tǒng)并結(jié)合SEM掃描實(shí)驗(yàn)，分析得到白堊系紅砂巖動(dòng)態(tài)強(qiáng)度隨溫度的變化趨勢(shì)，并探究了飽水凍結(jié)紅砂巖的微觀破裂機(jī)制；單仁亮等[18-19]根據(jù)試驗(yàn)所得白堊系砂巖的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性，對(duì)其本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行了研究并建立了時(shí)效損傷模型以及線性損傷粘彈性本構(gòu)模型。

以上學(xué)者對(duì)于白堊系地層巖石動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和本構(gòu)關(guān)系的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但楊仁樹、單仁亮等研究的白堊系砂巖強(qiáng)度都較高，靜態(tài)單軸抗壓強(qiáng)度常溫下可達(dá)30 MPa，而對(duì)于白堊系地層埋深較淺的泥質(zhì)砂巖(單軸抗壓強(qiáng)度小于15 MPa)的動(dòng)力學(xué)特性及損傷演化規(guī)律研究還較少。

基于上述工程背景和研究現(xiàn)狀，以SHPB試驗(yàn)系統(tǒng)為主體，對(duì)工程實(shí)際中最常見的干燥、飽和紅砂軟巖進(jìn)行中低應(yīng)變率下的單軸動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)，探究其力學(xué)特性和損傷演化規(guī)律，并對(duì)其本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行表達(dá)，為西部礦區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施在沖擊荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)、安全預(yù)測(cè)以及支護(hù)優(yōu)化提供參考和依據(jù)。

1 單軸壓縮沖擊試驗(yàn)

1.1 試樣制備

巖石取自甘肅五舉煤礦白堊系地層的細(xì)粒砂巖，根據(jù)國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，加工為φ50 mm×25 mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣(見圖1)。根據(jù)試樣的均勻性、完整度和光潔度進(jìn)行初步篩選，分為A、B兩組，A組放入烘箱中干燥24 h，B組在真空抽氣機(jī)抽氣12 h后放入蒸餾水中飽和48 h。再根據(jù)縱波測(cè)速儀進(jìn)行二次篩選，選取縱波速度在平均值附近的試樣作為試驗(yàn)所用，并對(duì)干燥、飽和紅砂軟巖試件的基本物理參數(shù)進(jìn)行測(cè)量(見表1)。

圖1 紅砂軟巖標(biāo)準(zhǔn)試件Fig.1 Red sand soft rock standard specimen

表1 紅砂軟巖基本物理參數(shù)

1.2 SHPB試驗(yàn)系統(tǒng)

SHPB試驗(yàn)系統(tǒng)的主體部分為φ50 mm分離式Hopkinson壓桿，其組成如圖2所示。試驗(yàn)時(shí)在入射桿與子彈的接觸面張貼紫銅片，以及在試件表面涂抹凡士林，以減小試驗(yàn)波的彌散效應(yīng)和端部效應(yīng)。試驗(yàn)系統(tǒng)采集到的應(yīng)變信號(hào)如圖3所示，可以看出整形后的波形為半正弦式，上升沿時(shí)間較長(zhǎng)，從而達(dá)到了恒應(yīng)變率加載的試驗(yàn)要求，所得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可信度高。

圖2 SHPB試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.2 SHPB test system

圖3 電壓時(shí)程Fig.3 Voltage time-history

1.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)時(shí)，以0.03 MPa為起始沖擊氣壓是因?yàn)榇藭r(shí)的子彈速度小，對(duì)試樣的擾動(dòng)作用弱，而后每次增加一定大小的氣壓進(jìn)行沖擊，直至試樣發(fā)生宏觀破壞；為減小試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性，每組試樣個(gè)數(shù)為3，試驗(yàn)方案如圖4所示。

圖4 沖擊試驗(yàn)方案Fig.4 Impact test scheme

2 力學(xué)特性分析

干燥、飽和紅砂軟巖在中低應(yīng)變率沖擊下的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖5所示?？梢钥闯觯稍?、飽和狀態(tài)下紅砂軟巖的沖擊曲線走勢(shì)基本相同，分為典型的三階段：線彈性階段、應(yīng)變硬化階段和應(yīng)變軟化階段；此類軟巖雖然孔隙度大，但是在沖擊荷載作用下應(yīng)力曲線并沒有表現(xiàn)出類似靜態(tài)壓縮曲線的明顯壓密階段，這是因?yàn)楦咚贈(zèng)_擊下，巖石內(nèi)部微裂縫、微孔洞等未完全閉合，而動(dòng)態(tài)應(yīng)變比靜態(tài)應(yīng)變更快的隨應(yīng)力在增長(zhǎng)，因而表現(xiàn)形式不同。干燥、飽和紅砂軟巖彈性階段的斜率隨著應(yīng)變率的增加都表現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，即應(yīng)變率效應(yīng)顯著(見圖5)；從應(yīng)變硬化階段所占應(yīng)力曲線比例來看，二者的塑性特征明顯，但飽和紅砂軟巖表現(xiàn)出更強(qiáng)的塑性流動(dòng)特性，這是應(yīng)變率硬化效應(yīng)、應(yīng)變率強(qiáng)化效應(yīng)和絕熱升溫引起的熱軟化效應(yīng)的綜合反映。

圖5 紅砂軟巖沖擊應(yīng)力應(yīng)變Fig.5 Shock stress-strain of red sand soft rock

干燥、飽和紅砂軟巖峰值應(yīng)力隨應(yīng)變率的變化曲線如圖6所示，可以看出隨著應(yīng)變率的增大，紅砂軟巖的峰值應(yīng)力快速增大，兩種狀態(tài)下均呈指數(shù)關(guān)系，表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變率效應(yīng)，其擬合關(guān)系為

σf=0.36exp(x/28.82)+3.07，R2=0.991

干燥

(1)

σf=0.02exp(x/17.54)+3.54，R2=0.993

飽和

(2)

圖6 峰值應(yīng)力與應(yīng)變率的關(guān)系Fig.6 Relationship between peak stress and strain rate

從圖6可知，相同應(yīng)變率下，干燥紅砂軟巖的強(qiáng)度大于飽和狀態(tài)，約為1.3～1.6倍，對(duì)沖擊荷載表現(xiàn)出更強(qiáng)的抵抗能力，說明水對(duì)紅砂軟巖主要起弱化作用，加劇了巖石內(nèi)部損傷，從而使巖石力學(xué)性能下降；干燥、飽和紅砂軟巖產(chǎn)生宏觀破壞的沖擊氣壓分別為0.045 MPa和0.05 MPa，破壞強(qiáng)度分別為12.7 MPa和13.2 MPa，可以看出，飽和紅砂軟巖臨界破壞強(qiáng)度略大于干燥試樣，破壞所需要的沖擊荷載也更大，這是因?yàn)轱柡图t砂軟巖內(nèi)部開口孔隙、裂紋充滿了水，沖擊荷載較大時(shí)，自由水來不及擴(kuò)散至新產(chǎn)生的裂紋而使裂紋表面產(chǎn)生張力作用，阻礙裂紋擴(kuò)展，從而巖石動(dòng)態(tài)強(qiáng)度得以提高，試樣發(fā)生宏觀破壞所需的荷載也更大。

紅砂軟巖峰值應(yīng)變與應(yīng)變率的關(guān)系如圖7所示?？梢钥闯?，當(dāng)應(yīng)變率小于70 s-1時(shí)，相同應(yīng)變率下干燥、飽和紅砂軟巖峰值應(yīng)變基本相同，表現(xiàn)出相同的抵抗變形的能力；應(yīng)變率大于70 s-1時(shí)，相同應(yīng)變率下干燥狀態(tài)峰值應(yīng)變小于飽和狀態(tài)，飽和紅砂軟巖表現(xiàn)出更強(qiáng)的增韌效果和抵抗變形的能力，這與水在沖擊荷載下的Stefan效應(yīng)有直接的關(guān)系；紅砂軟巖峰值應(yīng)變隨應(yīng)變率基本呈線性增長(zhǎng)，但在應(yīng)變率70～85 s-1處出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折平臺(tái)，之后隨著應(yīng)變率的增大峰值應(yīng)變對(duì)應(yīng)變率的敏感性提高，表現(xiàn)出更強(qiáng)的應(yīng)變率效應(yīng)，這是因?yàn)閼?yīng)變率越大，巖石的橫向慣性效應(yīng)更顯著，即沖擊荷載作用下，巖石在慣性力的作用下保持原有的狀態(tài)而限制了試件的側(cè)向變形，使巖石處于被動(dòng)圍壓狀態(tài)，因而表現(xiàn)出更強(qiáng)的抵抗變形的能力。

圖7 峰值應(yīng)變與應(yīng)變率的關(guān)系Fig.7 Relationship between peak strain and strain rate

動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)因子(DIF)作為巖石材料動(dòng)力學(xué)性能分析的重要指標(biāo)，計(jì)算公式如下：

(3)

(4)

式中：fd為單軸動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度；fs為單軸靜態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度；εd為單軸動(dòng)態(tài)峰值應(yīng)變；εs為單軸靜態(tài)峰值應(yīng)變。

紅砂軟巖動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)因子與應(yīng)變率的關(guān)系如圖8所示。可以看出，干燥、飽和紅砂軟巖的DIF(σ)、DIF(ε)都隨著應(yīng)變率的增大而快速增大，表現(xiàn)出應(yīng)變率增強(qiáng)效應(yīng)，其中DIF(σ)與應(yīng)變率基本呈指數(shù)關(guān)系，DIF(ε)與應(yīng)變率呈近似線性關(guān)系；紅砂軟巖臨界破壞時(shí)的DIF(σ)大于1，而DIF(ε)小于1，說明此類軟巖在中低應(yīng)變率作用下的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度提升不明顯；低應(yīng)變率下，干燥、飽和紅砂軟巖的DIF增長(zhǎng)速率基本相同，這是因?yàn)榇藭r(shí)巖石的應(yīng)變與強(qiáng)度主要受熱活化機(jī)制控制，但隨著應(yīng)變率的增大，飽和狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)因子增長(zhǎng)速率大于干燥狀態(tài)，這是因?yàn)榇祟愜泿r膠結(jié)弱、強(qiáng)度低、孔隙率大，干燥狀態(tài)下的慣性效應(yīng)不明顯，而飽和紅砂軟巖在慣性效應(yīng)和Stefan效應(yīng)共同作用下表現(xiàn)出更強(qiáng)的抵抗沖擊的能力，因而DIF值提高的越快。

圖8 動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)因子與應(yīng)變率的關(guān)系Fig.8 Relationship between DIF and strain rate

3 損傷特性及微觀機(jī)理分析

3.1 損傷特性

中低應(yīng)變率加載下，隨著沖擊荷載的增大，紅砂軟巖試件由完整到破碎，沖擊荷載對(duì)巖石內(nèi)部造成損傷，并假定試件發(fā)生宏觀破壞時(shí)的損傷達(dá)到1。這里根據(jù)紅砂軟巖試樣在沖擊前后的靜態(tài)單軸壓縮彈性模量的變化關(guān)系來定義損傷變量，以此來衡量紅砂軟巖的損傷程度，即：

(5)

式中：ΔE為沖擊前后模量的差值；E為未沖擊時(shí)的彈性模量。

損傷變量D隨峰值應(yīng)力的變化趨勢(shì)如圖9所示。可以看出，沖擊荷載作用下，干燥紅砂軟巖存在負(fù)損傷，以巖石初始狀態(tài)定義為損傷零點(diǎn)，那么負(fù)損傷的出現(xiàn)說明低應(yīng)變率作用下，內(nèi)部微裂紋、微孔洞經(jīng)擠壓后閉合，巖石得到壓縮和擠密而彈性增強(qiáng)，力學(xué)性能得到提高；飽和紅砂軟巖無負(fù)損傷出現(xiàn)，沖擊荷載對(duì)巖石造成正損傷，說明水的存在使巖石內(nèi)部微裂紋得不到閉合，反而更容易造成損傷，使其力學(xué)性能劣化；紅砂軟巖的損傷發(fā)展呈折線式發(fā)展，其中干燥狀態(tài)下的正損傷部分與峰值應(yīng)力呈線性關(guān)系，而飽和狀態(tài)下出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這是由水的Stefan效應(yīng)和巖石的慣性效應(yīng)共同作用導(dǎo)致的。

圖9 損傷變量與峰值應(yīng)力的關(guān)系Fig.9 Relationship between D and peak stress

根據(jù)損傷變量以及損傷閾值[20]的定義，可以看出，試驗(yàn)沖擊荷載下未能出現(xiàn)損傷零點(diǎn)，說明此類軟巖對(duì)外部作用力的敏感性高，較小的沖擊荷載便會(huì)對(duì)試樣造成損傷；根據(jù)損傷發(fā)展趨勢(shì)線與損傷零線的交點(diǎn)看出，飽和紅砂軟巖閾值應(yīng)力小于干燥狀態(tài)，更說明了水在低應(yīng)變率下使此類軟巖力學(xué)性能劣化。

3.2 微觀機(jī)理分析

紅砂軟巖是由巖石顆?；|(zhì)、微裂紋、微孔洞等多相介質(zhì)組成的復(fù)合體，此類巖石天然狀態(tài)下就存在損傷。紅砂軟巖在中低應(yīng)變率下的宏觀力學(xué)行為，可以從微觀結(jié)構(gòu)的損傷劣化進(jìn)行分析，干燥紅砂軟巖微單元結(jié)構(gòu)如圖10所示。

注：白色部分表示微裂紋、微孔洞等損傷微元，陰影部分表示顆粒基質(zhì)。圖10 干燥紅砂軟巖微單元結(jié)構(gòu)Fig.10 Micro-unit structure of dry red sand soft rock

結(jié)合紅砂軟巖損傷特性分析，在低應(yīng)變率作用下，干燥紅砂軟巖內(nèi)部微裂紋、微孔洞等在力的作用下閉合，巖石吸收和儲(chǔ)存能量而得到壓縮和致密，天然損傷比例減少，從而巖石強(qiáng)度得以提升，即出現(xiàn)負(fù)損傷；隨著應(yīng)變率的增大，由于損傷微元與周邊顆?；|(zhì)的力學(xué)性質(zhì)差距懸殊，外力作用下造成兩者交接面處的應(yīng)力集中，巖石內(nèi)部損傷吸收能量后產(chǎn)生滑移而最先發(fā)生損傷，微裂紋、微孔洞等進(jìn)一步的得到擴(kuò)展，從而損傷比例增大，弱化了顆粒基質(zhì)之間的膠結(jié)作用，使巖石的力學(xué)性能劣化。

水巖相互作用機(jī)理如圖11所示。可以看出，在水分子進(jìn)入巖石內(nèi)部前，長(zhǎng)期的地質(zhì)沉積作用使巖石內(nèi)部達(dá)到應(yīng)力平衡狀態(tài)，顆?；|(zhì)之間較為穩(wěn)定且排列整齊，表現(xiàn)出較強(qiáng)的膠結(jié)作用；當(dāng)水分子進(jìn)入巖石內(nèi)部，由于此類巖石的孔隙率很大，水分子能很快的侵入到每個(gè)基質(zhì)顆粒之間， 而許多黏土礦物吸水后體積膨脹，造成顆?；|(zhì)間出現(xiàn)應(yīng)力失衡而發(fā)生相互滑移、位錯(cuò)，從而導(dǎo)致顆?；|(zhì)間的膠結(jié)作用面積減小，只剩端部之間的一些連接，進(jìn)一步的，隨著時(shí)間的推移，黏土礦物的水化學(xué)反應(yīng)作用使顆?；|(zhì)之間膠結(jié)力變的更弱甚至消失，產(chǎn)生更多的宏觀損傷，顆粒基質(zhì)間失去膠結(jié)作用，從而使力學(xué)性能劣化。

注：較淺陰影部分表示顆粒基質(zhì)，較深陰影部分表示膠結(jié)作用力。圖11 水巖相互作用Fig.11 Water-rock interaction

大量試驗(yàn)表明，巖石內(nèi)部裂紋擴(kuò)展是在裂紋尖端的拉應(yīng)力作用下實(shí)現(xiàn)的。紅砂軟巖因其特殊的沉積過程，內(nèi)部含有大量的微裂紋，較為松散的結(jié)構(gòu)特征使大多數(shù)裂紋內(nèi)部充滿孔隙水，沖擊荷載作用下，裂紋的擴(kuò)展速率遠(yuǎn)大于加載速率，在裂紋尖端，自由水無法瞬間進(jìn)入新產(chǎn)生裂紋內(nèi)而使表面產(chǎn)生張力作用，起到了抵抗裂紋擴(kuò)展的作用，因而飽和狀態(tài)下紅砂軟巖破壞的強(qiáng)度高于干燥狀態(tài)，且沖擊荷載越大，水的Stefan效應(yīng)越顯著。飽和紅砂軟巖的微裂紋擴(kuò)展如圖12所示。

圖12 飽和紅砂軟巖微裂紋擴(kuò)展Fig.12 Micro-crack growth of saturated red sand soft rock

綜合上述分析，在低應(yīng)變率作用下，干燥紅砂軟巖的強(qiáng)度高于飽和狀態(tài)，這是因?yàn)樗畬?duì)巖石的弱化作用大于Stefan效應(yīng)產(chǎn)生的抵抗力；隨著應(yīng)變率的增大，水的Stefan效應(yīng)和慣性效應(yīng)共同作用占據(jù)了主導(dǎo)地位，削弱了水對(duì)巖石的弱化，從而力學(xué)性能得到提升。

4 紅砂軟巖損傷本構(gòu)方程

朱王唐模型(Z-W-T)已廣泛的應(yīng)用于巖石類材料在10-4～103s-1范圍內(nèi)的力學(xué)性能表征，其模型由1個(gè)非線性彈簧體和2個(gè)Maxwell體組成(見圖13)，其本構(gòu)方程為

(6)

式中：E0，E1，E2分別為非線性體、低頻Maxwell體和高頻Maxwell體的彈性模量；χ，κ為非線性系數(shù)；η1，η2為粘性系數(shù)。

圖13 Z-W-T模型Fig.13 Z-W-T model

現(xiàn)根據(jù)紅砂軟巖的力學(xué)特性對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)：①根據(jù)靜態(tài)單軸壓縮曲線明顯的非線性特征，保留其非線性體部分；②沖擊荷載作用下，低頻Maxwell體沒有足夠的時(shí)間松弛，這里看成是彈性模量為E1的簡(jiǎn)單彈簧。

改進(jìn)后的Z-W-T模型本構(gòu)關(guān)系表示為

σ=E0ε+χε2+κε3+E1ε+

(7)

巖石的加載過程是個(gè)不斷損傷的過程，這里假設(shè)損傷微元服從Weibull分布，則損傷變量D表示為

(8)

式中：m，α為Weibull分布參數(shù)。

基于應(yīng)變等效原理，可得考慮損傷的紅砂軟巖本構(gòu)關(guān)系為

(9)

經(jīng)Laplace變換后，得

(10)

現(xiàn)選取干燥、飽和紅砂軟巖各3組試驗(yàn)應(yīng)力曲線對(duì)損傷本構(gòu)方程(10)進(jìn)行驗(yàn)證(見圖14)?？梢钥闯觯倪M(jìn)后的損傷本構(gòu)方程得到的擬合曲線與試驗(yàn)曲線吻合度很高，能準(zhǔn)確的反映出此類軟巖在沖擊荷載下的各項(xiàng)力學(xué)特征。

圖14 損傷本構(gòu)方程驗(yàn)證Fig.14 Verification of damage constitutive equation

本構(gòu)方程(10)擬合參數(shù)如表2所示，可以看出，雖然本構(gòu)方程擬合參數(shù)較多，但大部分參數(shù)為固定值，不隨應(yīng)變率或者紅砂軟巖狀態(tài)的變化而變化，且E2在數(shù)值上大于E0+E1一個(gè)量級(jí)，各項(xiàng)擬合參數(shù)值的選取符合實(shí)際物理意義，因此所建的損傷本構(gòu)關(guān)系具有一定的實(shí)際推廣意義。

表2 本構(gòu)方程擬合參數(shù)

5 結(jié)論

1)中低應(yīng)變率加載下，紅砂軟巖的應(yīng)力應(yīng)變曲線分為線彈性階段、應(yīng)變硬化階段和應(yīng)變軟化階段；紅砂軟巖的峰值應(yīng)力與應(yīng)變率呈指數(shù)關(guān)系。

2)低應(yīng)變率加載下，干燥紅砂軟巖出現(xiàn)了負(fù)損傷，飽和紅砂軟巖無負(fù)損傷，結(jié)合微觀機(jī)理分析，低應(yīng)變率下，干燥紅砂軟巖的強(qiáng)度略大于飽和狀態(tài)，此時(shí)水的劣化作用占據(jù)主導(dǎo)地位，隨著應(yīng)變率的增大，在慣性效應(yīng)和水的Stefan效應(yīng)作用下，飽和紅砂軟巖的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度得到強(qiáng)化，表現(xiàn)出飽和紅砂軟巖產(chǎn)生宏觀破壞的強(qiáng)度大于干燥狀態(tài)。

3)基于Z-W-T模型和應(yīng)變等效原理，建立了服從Weibull分布的損傷本構(gòu)方程，經(jīng)驗(yàn)證，所得擬合曲線和試驗(yàn)曲線吻合度良好，能很好的反映紅砂軟巖的動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系，且各項(xiàng)參數(shù)符合實(shí)際物理意義，可為工程實(shí)際中相關(guān)理論計(jì)算提供一定參考。