由爽^1,2, 李虎振^1,2, 侯晓旭^1,2, 耿乾逞^1,2
1. 北京科技大学 土木与资源工程学院，北京 100083;
2. 北京科技大学 城市地下空间工程北京市重点实验室，北京 100083
收稿日期：2022-05-01
基金项目：国家自然科学基金资助项目(52074021); 山东省重大科技创新工程项目(2019SDZY05)。
作者简介：由爽(1983-)，女，辽宁鞍山人，北京科技大学教授，博士生导师。

摘要：考虑千米深花岗岩在采动过程中的应力路径，开展升轴压定围压、升轴压卸围压和定轴压卸围压3种应力路径下的花岗岩三轴加卸荷实验，旨在获得岩石在采动卸荷作用下的变形破坏特征及能量演化规律.研究结果表明：高围压等级下岩石峰值破坏前内部储存的能量更多，发生破坏时内部释放的变形能对岩石结构的冲击力度更强，岩样脆性破坏更显著；卸荷作用使围压对岩样的径向束缚变弱，导致岩样径向扩容增强并在较低应力水平作用下发生破坏，岩石变形模量和广义泊松比更快达到极值点；扩容点为岩样弹性能占比由增大转为减小的转折点；相较于升轴压定围压试验，卸荷条件下弹性能转化为耗散能的比例更高，岩石破坏程度更剧烈.
关键词：花岗岩卸荷力学实验变形破坏能量演化
Deformation Damage Characteristics and Energy Evolution Mechanism of Granite Under Mining Stress Path
YOU Shuang^1,2, LI Hu-zhen^1,2, HOU Xiao-xu^1,2, GENG Qian-cheng^1,2
1. School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China;
2. Beijing Key Laboratory of Urban Underground Space Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
Corresponding author: YOU Shuang, E-mail: shuang_you@163.com.

Abstract: Considering the stress paths of kilometer-deep granite during mining, the triaxial loading and unloading experiments are performed on granite under three stress paths: ascending axial pressure and fixed confining pressure, ascending axial pressure and unloading confining pressure, and fixed axial pressure and unloading confining pressure. The aim is to obtain the deformation and failure characteristics and energy evolution law of rock under mining and unloading conditions. The research results show that under the high confining pressure levels, rock stores more energy before reaching peak failure, and the deformation energy released during failure has a more significant impact on the rock structure, leading to brittle failure of the rock sample. The unloading effect weakens the radial restraint of the confining pressure on the rock sample, causing an increase in radial expansion, and failure occurs at a lower stress level. Furthermore, the rock deformation modulus and generalized Poisson's ratio reach the extreme point faster, determined by the expansion point, the turning point at which the proportion of elastic energy of the rock sample changes from increasing to decreasing. Compared with the ascending axial pressure and fixed confining pressure test, the ratio of elastic energy to dissipated energy is higher under the unloading conditions, resulting in more severe in rock damage.
Key words: graniteunloadingmechanics experimentdeformation damageenergy evolution
随着地球浅部矿物资源逐渐枯竭，深部矿产资源开采已然趋于常态^[1].而深部资源开采常伴随着岩体强烈的卸荷扰动，如何安全、高效地开采深部矿产资源已成为我国资源战略需求亟须克服的重要技术瓶颈.目前，针对卸荷扰动作用下深部岩体力学性质的研究已取得一系列进展.谢和平等^[2]揭示了深部不同深度岩石脆延转化力学行为的关键影响因素与差异性规律.李地元等^[3]指出不同应力路径卸荷试验中试样抗破坏的主控因素不同.金爱兵等^[4]研究发现线性卸荷条件下花岗岩的破裂特征表现为径向快速扩容及塑性特征的增强.蔡燕燕等^[5]基于应变围压增量比，揭示了卸荷破坏是由强烈的径向变形和体积扩容所致.He等^[6]利用声发射监测技术研究了不同应力路径下灰岩的动力损伤过程和特点.Li等^[7]采用数学物理模型对脆性岩石在不同应力路径下的二维卸荷机制进行了表征.Xiao等^[8]研究发现砂岩试样宏观断裂的形成与材料的不均匀性和真三轴应力状态密切相关.Li等^[9]针对煤矿开采卸荷过程，研究了不同条件下开采速率对复合煤岩力学特性及三轴破坏准则的影响.Gong等^[10]研究发现围压卸荷不影响岩石破坏模式，但会使岩石产生强度减弱效应.
变形破坏特征是岩石卸荷扰动作用下力学性质的外在表现，岩石受载过程中表现出的力学行为本质上是能量分配的结果.谢和平等^[11]指出岩石变形破坏是能量耗散与能量释放的综合结果.马德鹏等^[12]通过常规三轴及不同卸围压速率的三轴卸围压试验研究了煤样破坏过程中能量的演化规律.杨永杰等^[13]研究发现煤样在峰值应力前以能量的存储及耗散为主，在峰值应力后以能量的释放及耗散为主.张黎明等^[14]研究发现常规三轴破坏岩样吸收总能量高于单轴压缩吸收总能量.Liu等^[15]研究得出围压的降低会导致岩石径向变形增大，岩石内部孔隙裂隙的发育会消耗更多能量.Li等^[16]利用耗散应变能与总应变能之比来描述岩石试样在三轴加卸载过程中的变形和破坏程度.Mahanta等^[17]研究了不同应变速率对页岩断裂韧性及能量释放速率的影响.Zhao等^[18]研究发现随着初始围压的增加，不同应力路径下的岩石应变能转化速率均增大.上述****对岩石卸荷效应下的变形破坏特征及能量演化规律做出了探索，但尚未揭示实时卸围压效应对岩石变形参数的影响机制，未对不同应力路径下岩石各阶段能量演化特征与应力-应变之间的内在联系进行对比分析.
工作面回采过程中，岩体侧向应力逐步降低，超前支承压力逐步升高.试验设计基于岩体应力演化过程确定应力路径，以升轴压定围压试验作对比，通过升轴压卸围压试验模拟硐室拱肩处岩体，通过定轴压卸围压试验模拟硐室拱顶或拱脚岩体，探究不同赋存深度下硐室各部位岩石卸荷作用下所表现出的力学行为及其能量演化特征，研究结果对深部地下工程开挖及矿井灾害防治具有一定指导意义.
1 试验条件及方案1.1 试验条件试验所用岩样为取自三山岛工程区埋深为1 000 m花岗岩.采用国际岩石力学学会推荐标准，圆柱形岩样高100 mm，直径为50 mm，试样平均密度为2.648 g/cm³.图 1为试验所用SAS-2000型微机控制电液伺服试验机，系统最大轴向荷载为2 000 kN，侧向应力最大为100 MPa.
图 1(Fig. 1)

图 1 应力加载系统Fig.1 Stress loading system

1.2 试验方案设计通过升轴压定围压试验(σ₁↑，σ_3^-)获取岩石基本力学指标^[19]，为后续卸荷试验作参数标定.卸荷试验分为两类：一是升轴压卸围压试验(σ₁↑，σ₃↓); 二是定轴压卸围压试验(σ_1^-，σ₃↓).3种应力路径具体加载方案如图 2和表 1所示，图 2为应力路径示意图，各岩样初始应力水平及卸荷速率见表 1.升轴压定围压试验：先以0.2 MPa/s加载速率加载至指定围压15, 25, 35 MPa，然后采用位移控制方式，以0.02 mm/min加载速率加载轴压至岩样破坏.
图 2(Fig. 2)

图 2 应力路径示意图Fig.2 Stress path diagram

表 1(Table 1)

表 1 岩石初始应力水平与卸荷速率Table 1 Initial stress level and unloading rate of rock 应力路径 初始轴压 初始围压 卸荷速率 MPa MPa MPa·s-1 升轴压定围压试验 — 15 — — 25 — — 35 — 升轴压卸围压试验 0.5σ(15) 15 0.01 0.5σ(25) 25 0.01 0.5σ(35) 35 0.01 定轴压卸围压试验 0.5σ(15) 15 0.01 0.5σ(25) 25 0.01 0.5σ(35) 35 0.01 注：“0.5”表示围压15 MPa时升轴压定围压试验岩石峰值强度的50%.

表 1 岩石初始应力水平与卸荷速率 Table 1 Initial stress level and unloading rate of rock

卸荷试验设计，将围压加载至预定值后，采用位移控制方式以0.02 mm/min加载轴压至岩样升轴压定围压试验峰值强度50%.而后升轴压卸围压试验采用相同加载速率继续加载轴压同时以0.01 MPa/s卸载围压至岩样破坏，而定轴压卸围压试验保持轴压恒定并以0.01 MPa/s卸载速率卸载围压至岩样破坏.
2 强度特征分析图 3是岩石升轴压定围压条件下全应力-应变曲线，确定卸荷点为岩石峰值强度50%.升轴压卸围压试验全应力-应变曲线如图 4所示.图 5为初始围压25 MPa时3种应力路径下全应力-应变曲线.
图 3(Fig. 3)

图 3 升轴压定围压试验全应力-应变曲线Fig.3 Stress-strain curves of rising axial pressure constant confining pressure test (a)—应力-径向应变；(b)—应力-轴向应变.

图 4(Fig. 4)

图 4 升轴压卸围压试验全应力-应变曲线Fig.4 Stress-strain curves of rising axial pressure unloading confining pressure test (a)—应力-径向应变；(b)—应力-轴向应变.

图 5(Fig. 5)

图 5 初始围压25 MPa岩石全应力-应变曲线Fig.5 Stress-strain curves of rock with initial confining pressure of 25 MPa (a)—径向应变；(b)—轴向应变；(c)—体积应变.

从图 3、图 4中可以发现随着围压的增加，两种应力路径下岩石达到极限破坏时的峰值应力不断提升.对于升轴压定围压试验，花岗岩岩样在低围压条件下轴向偏应力达到峰值应力时，曲线进入应变软化阶段及峰后残余阶段.当围压高达35 MPa时，岩石在峰值破坏前内部储存的能量更高，导致发生破坏时内部释放的变形能极大冲击岩石结构，围压起到的结构稳定作用不足以抵抗破坏时的冲击作用，导致应力-应变曲线未出现残余应力阶段.结合表 2可知，相比升轴压定围压试验，升轴压卸围压试验破坏时的轴向应变更小，峰值强度更低，这是由于卸围压使得围压对岩样的径向束缚变弱，其主要表现为径向应变的回弹与快速扩容.同时，横向变形加剧导致岩石破坏，岩石的轴向承载能力和轴向极限应变降低.表明卸围压降低了岩样的承载能力，使岩石在较低偏应力作用下发生破坏.
表 2(Table 2)

表 2 两种应力路径下岩样峰值应力Table 2 Peak stress of rock samples under two stress paths? MPa 围压 15 25 35 升轴压定围压 190 243 366 升轴压卸围压 148 205 230

表 2 两种应力路径下岩样峰值应力 Table 2 Peak stress of rock samples under two stress paths?

根据以上分析，结合图 5可知：随着围压等级升高，升轴压定围压条件下岩样由弹-塑性特征逐渐转化为弹-脆性特征，且初始围压水平越高，岩样脆性破坏越显著.而卸围压试验下岩样即使初始围压水平较低时，依然表现出明显的脆性破坏特征.岩石在达到峰值强度前，不同应力路径下岩样的应力-应变曲线基本重合，呈近线性关系；随着轴压的增大，不同加载路径岩石的应力-应变曲线出现差异性.升轴压定围压试验与卸围压试验相比，卸围压试验峰值应力与峰值应变均小于升轴压定围压试验，峰值强度后，卸围压试验应力-应变曲线有明显的应力跌落段，甚至呈线性跌落，与加载破坏相比，岩石卸荷破坏体积应变显著，裂隙发展过程中扩容特征明显，岩样发生脆性破坏.表明卸围压效应不仅降低了岩样承载能力，而且使岩石破坏程度更加剧烈.
3 变形特征分析卸围压导致的岩样破坏与升轴压定围压不同，卸围压作用导致岩样产生径向回弹，这会引起岩样轴向裂隙进一步发育，此时的泊松比考虑侧向变形和围压的影响为广义泊松比，公式^[19]为

(1)

(2)

(3)

式中：E_d为变形模量; μ为广义泊松比.
综合考虑岩石卸荷初始围压与卸荷量，定义卸荷比为

(4)

式中：H为卸荷比；σ₃为实时围压; σ₃⁰为初始围压.
图 6、图 7分别为升轴压卸围压路径下围压-应变关系曲线及变形参数随卸荷比变化曲线，图 8、图 9为变形参数变化曲线.
图 6(Fig. 6)

图 6 升轴压卸围压试验围压-应变关系曲线Fig.6 Confining pressure-strain curves of rising axial pressure unloading confining pressure test (a)—环向应变；(b)—体积应变；(c)—轴向应变.

图 7(Fig. 7)

图 7 升轴压卸围压试验变形参数随卸荷比变化曲线Fig.7 Variation curves of deformation parameters with unloading ratio in the rising axial pressure unloading confining pressure test (a)—变形模量; (b)—广义泊松比.

图 8(Fig. 8)

图 8 升轴压卸围压试验变形参数变化曲线Fig.8 Variation curves of deformation parameters in the rising axial pressure unloading confining pressure test (a)—变形模量; (b)—广义泊松比.

图 9(Fig. 9)

图 9 初始围压25 MPa变形参数变化曲线Fig.9 Variation curves of deformation parameters with initial confining pressure of 25 MPa (a)—变形模量; (b)—广义泊松比.

观察并分析图 6可知：在卸围压初始阶段，岩样环向应变缓慢增加，岩石处于径向压缩状态.但随着围压继续卸载，岩样环向变形急剧增大，与围压呈明显的非线性关系，岩样出现环向塑性变形并逐渐由径向压缩状态转为扩张状态.在卸围压过程中，岩石轴向应变量很小且随围压降低基本呈线性变化规律，当岩样卸围压至一定程度时发生破坏，破坏时轴向应变远小于环向应变.在卸围压过程中，轴向加载和环向卸载综合作用下导致岩样内部产生平行于轴向的裂隙，大量裂隙逐步扩展形成裂纹使得岩样表现出明显的体积扩容现象，因此岩石卸荷破坏主要表现为环向变形很大.而且初始围压水平越高，岩样破坏时环向应变越大，岩样扩容现象越显著，岩石破坏程度越剧烈.
观察并分析图 7a可得：在卸围压过程中，当卸围压程度较低时，岩石劣化效应不明显，由于围压能够对岩样产生约束作用，故初始围压等级越高，变形模量越大；当卸围压效应达到特定程度时，岩石变形模量迅速下降，岩石发生破坏；卸荷初始围压越大，试样变形模量变化曲线的非线性特征越明显，这是由于初始围压较高时岩样内部储存的能量更多，较低的卸荷扰动就能引发能量突然释放导致岩石发生剧烈破坏.观察并分析图 7b可知：泊松比随着卸围压的进行而不断增大，其开始变化速率较为平缓，临近破坏时，其变化速率急剧增长；初始围压水平越高，岩样广义泊松比越大且其变化曲线的非线性特征越明显；临近破坏点时，岩样泊松比超过常规值并呈继续增大的趋势，这是因为在卸围压过程中，岩样不仅产生回弹变形，且其内部裂隙逐步扩展、贯通形成宏观裂纹，岩石环向变形急剧增加，故岩石发生破坏时泊松比超过极限值.
观察并分析图 8可知：试验初期，岩样受到径向约束及轴向压缩作用，其变形模量呈近似线性增大，广义泊松比逐渐减小；进入屈服阶段后，卸荷作用导致岩样产生径向回弹，这等效于给岩样施加一个径向拉应力，岩石内部逐渐萌生平行于轴向的裂隙，如图 10所示，岩样变形模量增长速率及广义泊松比减小速率均逐渐变小；进入扩容阶段后，裂隙进一步扩展，广义泊松比由逐渐减小转为逐渐增大，同时扩容点也成为变形模量值由增大转为减小的转折点，随着岩样损伤程度的加剧，其内部裂纹完全贯通，岩石变形模量迅速劣化，广义泊松比急剧升高，岩石丧失承载能力.岩石初始围压等级越高，试验过程中岩石内部损伤程度越大，其广义泊松比数值越大，卸荷条件下岩石破坏程度越剧烈.
图 10(Fig. 10)

图 10 岩样轴向裂隙图Fig.10 Axial fracture diagram of rock sample

观察并分析图 9可知：定轴压卸围压条件下岩样变形模量极大值点相较于另两种应力路径最小，这是由于定轴压条件下岩样受到的轴向压缩应力不再继续增大，卸荷导致岩石内部裂隙进一步扩展发育，试样提前进入扩容阶段，故定轴压卸围压条件下岩样变形模量及广义泊松比的变化趋势最早出现转折.相较于升轴压定围压试验，升轴压卸围压试验条件下岩样变形模量及广义泊松比变化趋势曲线非线性特征更为明显，卸荷效应使岩样变形模量和广义泊松比更快达到极值点，卸荷作用导致的径向拉应力使岩样内部裂纹充分扩展，岩石环向变形急剧增加，变形模量跌落速率更快，岩石损伤程度加剧失去承载能力，其广义泊松比急剧增加并超过极限值，故升轴压卸围压试验条件下岩样破坏最为剧烈.
4 能量演化规律分析岩体破坏实际上是在能量驱动下的状态失稳现象，岩石受载过程中表现出的力学行为本质上是能量分配的结果.根据热力学定律，外力做功产生能量U为

(5)

式中：U为外界应力加载系统注入岩石的总能量；U_e为弹性能，储存在岩石内部；U_d为耗散能，用于岩石的塑性变形及内部损伤.
由能量守恒可知，试验过程中外界对岩样所做功等于岩样吸收的总能量U：

(6)

结合弹性力学理论可知：

(7)

环向变形产生的环向弹性应变能可忽略不计，则简化为

(8)

式中, E为弹性模量.
定义弹性能与输入能量的比值为自蓄能比，即弹性能占比U_s，用来表征岩石不同应力状态下的储能水平特征，其值越大表明岩石储存可释放应变能的能力越强.

(9)

定义耗散能与输入能量的比值为自耗能比，即耗散能占比γ，用来表征岩石不同应力状态下能量消耗水平特征，反应岩石内部结构变化剧烈程度.

(10)

定义耗散能与弹性能比值为能量分配比：

(11)

图 11~图 13为3种应力路径下岩样试验过程中弹性能及其占比与耗散能及其占比变化曲线，图 14为能量分配比变化曲线.
图 11(Fig. 11)

图 11 初始围压25 MPa能量变化曲线Fig.11 Energy change curves with initial confining pressure of 25 MPa (a)—升轴压定围压; (b)—升轴压卸围压; (c)—定轴压卸围压.

图 12(Fig. 12)

图 12 初始围压25 MPa弹性能和耗散能变化曲线Fig.12 Variation curves of elastic energy and dissipation energy with initial confining pressure of 25 MPa

图 13(Fig. 13)

图 13 初始围压25 MPa弹性能和耗散能占比变化曲线Fig.13 Elastics energy ratio and dissipative energy ratio curves with initial confining pressure of 25 MPa (a)—弹性能占比; (b)—耗散能占比.

图 14(Fig. 14)

图 14 能量分配比变化曲线Fig.14 Energy distribution ratio change curves (a)—升轴压卸围压; (b)—初始围压25 MPa.

如图 11所示，将深部花岗岩采动条件下的全应力-应变曲线划分为弹性、屈服、扩容、应力跌落和残余应力等5个阶段.进行定轴压卸围压试验时，轴向偏应力加载到升轴压定围压试验峰值强度的50% 时，保持轴向偏应力不变，而后开始卸围压直至岩样破坏.其全应力-应变曲线中，定义初始卸荷点为岩样扩容点，岩样破坏点为峰值点.
① 弹性阶段Ⅰ，耗散能保持极低水平且其占比不断降低，外界输入的能量主要转化为弹性能在岩石内部储存，岩石内部裂隙闭合虽有能量耗散，但消耗量很低；②屈服阶段Ⅱ，总能量增长曲线呈上凹型，此时岩石内部微裂隙开始发育并消耗部分能量，故耗散能也以较为缓慢的速率增大，导致弹性能与总能量的变化曲线逐渐相离，弹性能占比增加速率逐步放缓；③扩容阶段Ⅲ，岩样内部大量裂隙的扩展与贯通使得岩样产生扩容现象，导致耗散能显著增加且增加速率越来越大，此时弹性能增加速率变缓且占比逐渐减小，扩容点处为弹性能占比由增大转为减小的转折点；④应力跌落Ⅳ与残余应力Ⅴ阶段，岩样发生峰值破坏产生应力跌落现象，岩石内部储存的弹性能快速释放，耗散能短时间内突增且其占比迅速上升，其主要用于岩石表面宏观破裂面的形成，岩石强度迅速降低并失去承载能力.
分析图 12可知：3种应力路径下岩样进入扩容阶段前弹性能和耗散能变化曲线基本重合，进入扩容阶段后，升轴压定围压和升轴压卸围压路径下的岩样弹性能上升趋势变缓，而定轴压卸围压路径下的岩样弹性能基本保持稳定，轴向偏应力不再继续增大导致单位时间内外界给予岩石的能量不再增加.观察并分析图 13可得：扩容点为岩样弹性能占比由增大转为减小及耗散能占比由减小转为增大的转折点.相较于升轴压定围压试验，卸围压作用使得岩样径向束缚变弱，岩样应力-应变曲线在较低轴向偏应力时便进入扩容阶段.相比较之下，岩样在升轴压卸围压应力路径下，扩容点之前弹性能占比增长的速率最大，扩容点处弹性能占比与升轴压定围压基本持平，扩容点后弹性能占比降低速率最大.且综合图 12、图 13来看：升轴压定围压应力路径下岩样破坏后仍有残余应力产生部分剩余弹性能.而升轴压卸围压条件下岩石发生明显的脆性破坏，破坏时弹性能曲线跌落速率更大，弹性能释放更为剧烈.研究结果表明，实际工程中岩体赋存深度相同，工作面回采过程中卸掉岩体侧向应力会导致岩体承载能力降低，这会加速且加剧岩体破坏.
观察并分析图 14a可得：初始阶段χ值逐渐增大，岩石内部积聚的弹性能越来越多.而后卸围压导致岩样径向约束变弱，短时间内其内部裂隙发育需要吸收的能量变少，故刚开始卸围压时χ值增加速率有增大的趋势，扩容阶段后岩样内部裂隙发育、裂纹扩展消耗的能量增多导致χ值增大速率变小.裂纹完全贯通时岩样发生脆性破坏，岩样内部积聚的弹性能迅速释放，χ值达到顶点后迅速跌落.χ值达到峰值点前，初始围压等级越高，χ值整体水平越小，χ值达到峰值点对应的轴向应变越大，表明随着围压等级的升高，弹性能转化为耗散能的比率提高，岩样内部裂隙发育扩展消耗的能量增多导致岩样破坏更充分.分析图 14b可知：从整体情况来看，卸围压条件下相对升轴压定围压χ值相对较小，径向卸荷使得岩样受到环向拉应力作用，岩样内部产生的竖向裂隙扩展贯通导致岩样扩容现象显著，故弹性能转化为耗散能的比例更高.
表 3为岩样扩容点及峰值点能量分配表，图 15、图 16为升轴压卸围压条件下岩样特征应力点及特征阶段能量密度变化柱状图.图 17、图 18为不同应力路径下岩样特征应力点及特征阶段能量密度变化柱状图.
表 3(Table 3)

表 3 岩样扩容点及峰值点能量密度Table 3 Energy density of rock sample expansion point and peak point? kJ·m-3 加载方式 围压/MPa 扩容点 峰值点 总能量 弹性能 耗散能 总能量 弹性能 耗散能 升轴压卸围压 15 174.02 153.74 20.28 271.06 187.82 83.24 25 219.23 185.04 34.19 438.32 299.98 138.34 35 363.34 298.94 64.40 811.44 417.74 393.70 升轴压定围压 25 385.11 326.91 58.20 603.34 460.58 142.75 定轴压卸围压 25 168.83 133.87 34.96 346.04 147.98 198.05

表 3 岩样扩容点及峰值点能量密度 Table 3 Energy density of rock sample expansion point and peak point?

图 15(Fig. 15)

图 15 升轴压卸围压特征应力点能量密度柱状图Fig.15 Energy density histogram of characteristic stress point

图 16(Fig. 16)

图 16 升轴压卸围压扩容阶段能量密度变化柱状图Fig.16 Histogram of energy density change in expansion stage

图 17(Fig. 17)

图 17 不同应力路径下特征应力点能量密度柱状图Fig.17 Energy density histogram of characteristic stress point in different stress paths

图 18(Fig. 18)

图 18 不同应力路径下扩容阶段能量密度柱状图Fig.18 Histogram of energy density change in expansion stage under different stress paths

分析图 15可知：随着围压等级的升高，岩样扩容点和峰值点处所储存的总能量和弹性能逐渐增多，岩样储能极限(峰值应力点处所储存的弹性能)的增大导致岩样发生破坏时可释放的弹性能增多，故围压等级越高，岩样破坏程度越剧烈.结合图 16进行分析可得：随着围压等级的升高，岩样在扩容阶段所吸收的总能量增多，而弹性能在扩容阶段的增长幅度无明显变化，大量裂隙的扩展与贯通使得岩样产生扩容现象所消耗的能量随围压等级的升高而增多.这一现象表明：围压等级越高，岩样在扩容阶段其内部裂隙发育、裂纹扩展所耗散的能量越多，岩样破坏越充分.综上，随着岩体赋存深度的增加，岩体侧向应力增大，其内部储存能量升高，岩体受到开采扰动发生破坏时释放的能量更多.
分析图 17可知：初始围压相同时，3种应力路径下岩样扩容点和峰值点储存的总能量和弹性能：升轴压定围压＞升轴压卸围压＞定轴压卸围压，卸荷作用使岩样径向束缚变弱，岩样相较于定围压更早产生以径向扩容为主的扩容现象，同时也降低了岩样的承载能力，故升轴压定围压条件下岩样储能极限最大，而定轴压作用使得单位时间内外界系统输入岩石的能量不再继续增加，故定轴压卸围压条件下岩样储能最少.结合图 18进行分析可知：不同加载路径下，岩样在扩容阶段损失的耗散能：定轴压卸围压＞升轴压卸围压＞升轴压定围压，这一现象表明岩样在卸围压作用下扩容现象更显著，裂隙扩展所消耗的能量更多，岩样破坏更剧烈.
5 结论1) 围压等级较高时，岩石峰值破坏前内部储存的能量更高，导致发生破坏时内部释放的变形能对岩石结构的冲击力度更强，初始围压越高，岩样脆性破坏越显著.
2) 卸荷作用使围压对岩样的径向束缚变弱，导致岩石径向扩容增强并在较低应力水平作用下发生破坏，且破坏瞬间产生明显的应力跌落现象，卸荷作用使岩石破坏程度更剧烈.
3) 扩容点为岩样变形模量由逐渐增大转为逐渐减小及广义泊松比由逐渐减小转为逐渐增大的转折点.相较于升轴压定围压试验，卸荷效应使岩样变形模量和广义泊松比更快达到极值点，且破坏时岩石变形模量跌落速率更快，其广义泊松比急剧增加并超过极限值.
4) 扩容点为岩样弹性能占比由增大转为减小的转折点.相较于升轴压定围压试验，卸荷条件下弹性能转化为耗散能的比例更高，岩样内部裂隙发育、裂纹扩展导致的扩容现象更显著，且扩容阶段消耗的能量更多.
5) 实际工程中，随着岩体赋存深度的增加，岩石侧向应力增大，其内部储存的能量升高，岩石受到开采扰动发生破坏时释放的能量更多，且在工作面回采过程中卸掉岩石侧向应力会导致岩体承载能力降低，这会加速且加剧岩体破坏.
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