深部岩体长期处于高应力状态之下,自身就贮存了较高的变形势能,地下矿产资源开采和井巷工程掘进等都是深部岩体一个释放变形势能的过程,而开挖工作面就是势能释放的方向,因此这是一个典型的卸载过程。与此同时岩石的抗压性能远远大于其抗拉性能,且开采工作面在卸载过程中扩张变形在各个方向上是不同的,从而引起围岩损伤破坏,也为后期围岩的支护护理提供相应参数。由于开采方法和机械的差异使得围岩卸载状况不一样,导致围岩扩张变形千变万化,如果控制变形支护不当,有可能导致塌方等安全事故;为了安全有效地开挖地下井巷和开采地下矿产资源,有必要对巷道围岩卸载蠕变特性进行深一步研究。本文以阜新恒大煤矿巷道围岩(砂岩)为研究对象,利用TAW2000岩石力学试验系统,对卸围压蠕变作用机制和三轴压缩试验中能量演化规律展开研究,通过引入最小耗能原理,从能量角度研究围岩在卸载过程中蠕变特性和损伤破坏机理,为深部工程的巷道围岩开挖设计提供依据,得出以下主要结论:(1)在三轴压缩试验中,轴向、径向、体积应变随围压增加,应力应变曲线在峰值附近趋于平缓,应变在卸载试验中没有明显峰值。在卸载试验中,试样的径向变形从弹性阶段就急剧增加,其增长速率远大于轴向应变速率,岩石试样变形由压缩转换为膨胀,并且扩容起始点与应变峰值点相对应。(2)砂岩在加载时粘聚力C大于卸围压试验,而卸荷试验中定轴卸围的C值要小于升轴卸围C值;砂岩在加载状态下内摩擦角φ小于卸围压状态,而卸荷试验中定轴卸围的φ值要大于升轴卸围φ值;主要由于在加载试验中岩石破坏以压剪破坏为主,卸荷试验中破坏以张拉破坏为主,而张拉破坏C明显比压剪破坏C值小,而压剪破坏面相对张拉破坏面光滑,在外荷载作用下前者滑动较大,导致内摩擦角φ值较小。(3)卸载试验在不同破坏情况下,第一级荷载在初始围压的作用下,与三轴加载试验变化规律一致;但后三级卸载试验,在瞬时变形量还是蠕变变形量方面,相对于加载试验轴向和径向方向上增大约5%左右,可见卸围压试验中,卸荷试验变形能力要强于三轴加载试验的变形能力。(4)通过引入损伤演化方程建立了非线性蠕变损伤模型,从而对砂岩蠕变全过程演化规律进行了描述。通过砂岩蠕变试验曲线与模型曲线的对比充分地说明,引入能量耗散理论推导的损伤演化方程与岩石蠕变损伤变形规律基本一致。(5)加载初始时刻,外力对岩石做功大多数转化内部弹性能储存,也有少量耗散能释放,岩石从外界吸收总能量、弹性能和耗散能均随着时间推移而增大,总能量和弹性能增加速率较快;至峰值点时达到最大,但是此时由于岩石内部裂纹和空洞等缺陷开始大量发育扩展,对于能量的耗散开始急剧增大;另一方面由于在进行卸围压试验时,并不是从峰值点处开始卸载,而是在峰值80%~90%时开始卸载,此时围压突然逐步减小导致岩石径向变形增大,裂纹和空洞发育消耗更多能量;在后续工程中由于裂纹和空洞等缺陷发育更加剧烈,产生宏观裂纹并贯通为破坏面,使得大量能量开始释放。