Faits :
A.
A.a. A._, né en 1962, travaillait en qualité de maçon-coffreur pour le compte de la société B._ SA. Le 20 mai 1997, à la suite d'un blocage soudain de la colonne lombaire, il a été mis en arrêt de travail complet. Le 6 juillet 1998, il a repris l'activité de maçon-coffreur à 50 % au service de la société C._ SA, avant de subir une incapacité totale de travail à partir du 16 septembre 2003.
Après que A._ a présenté une demande de prestations de l'assurance-invalidité, le 6 juillet 1998, l'Office de l'assurance-invalidité pour le canton de Vaud (ci-après: l'office AI) a requis l'avis du docteur D._, spécialiste FMH en chirurgie orthopédique et médecin traitant de l'assuré. Le médecin a diagnostiqué des lombalgies chroniques, une discopathie L4-L5 et une coxa profunda bilatérale; il a considéré que les douleurs persistantes, sans constatation d'un déficit neurologique ou moteur, empêchaient l'assuré d'exercer une activité professionnelle (rapports des 23 novembre 1998 et 25 octobre 1999). L'administration a par ailleurs mis en oeuvre un stage d'évaluation au Centre d'observation professionnelle de l'assurance-invalidité de U._ (COPAI), du 3 au 8 septembre 2001 (rapports de stage du 11 octobre 2001 et du docteur E._, médecin-conseil, du 8 octobre 2001). Le 4 mars 2002, l'assuré a été soumis à un examen clinique pluridisciplinaire auprès du Service médical régional de l'AI (SMR), dont les médecins ont considéré que les troubles statiques et dégénératifs cervico-dorso-lombaires étagés et le trouble somatoforme douloureux dont souffrait A._ ne faisaient pas obstacle à l'exercice à plein temps d'une activité adaptée aux limitations décrites (rapport du 7 mars 2002). Par décision du 8 mai 2002, l'office AI a nié le droit de l'assuré à une rente, compte tenu d'un taux d'invalidité (de 25 %) insuffisant pour prétendre à cette prestation.
Sur recours successifs de A._ au Tribunal cantonal des assurances du canton de Vaud (aujourd'hui, Tribunal cantonal du canton de Vaud, Cour des assurances sociales), puis au Tribunal fédéral des assurances (aujourd'hui, Tribunal fédéral), la décision du 8 mai 2002 a été annulée et la cause renvoyée à l'office AI pour complément d'instruction sous la forme d'une expertise médicale et nouvelle décision (arrêt I 248/05 du 7 novembre 2005).
A.b. Reprenant l'instruction de la cause, l'office AI a confié une expertise au Centre d'Expertise Médicale de V._ (ci-après: le CEMed), qui a été rendue le 28 septembre 2006. Les docteurs F._, spécialiste FMH en rhumatologie, G._, spécialiste FMH en psychiatrie et psychothérapie, et H._, spécialiste FMH en neurologie, n'ont fait état d'aucune atteinte invalidante à la santé. Par décision du 7 janvier 2008, l'office AI a dénié à l'intéressé le droit à une rente d'invalidité.
B.
B.a. L'assuré a déféré cette décision auprès du Tribunal des assurances du canton de Vaud, qui a mandaté l'Hôpital I._ pour examiner l'assuré (expertise du docteur J._, médecin assistant, du 26 juillet 2010, visée par le docteur K._, médecin-chef, spécialiste FMH en chirurgie orthopédique et traumatologie de l'appareil locomoteur). Par jugement du 18 avril 2011, le Tribunal cantonal vaudois, Cour des assurances sociales, a admis le recours et alloué à l'assuré une rente entière d'invalidité à partir du 1er mai 1998.
Saisi d'un recours de l'office AI, le Tribunal fédéral l'a admis; annulant le jugement cantonal, il a renvoyé la cause à la juridiction de première instance pour complément d'instruction au sens des considérants et nouvelle décision (arrêt 9C_562/2011 du 15 novembre 2011).
B.b. La Cour des assurances sociales du Tribunal cantonal vaudois a mis en oeuvre une nouvelle expertise judiciaire auprès de la Clinique L._, où les docteurs M._, spécialiste en psychiatrie, N._, spécialiste en neurologie et en pathologie neurovasculaire, et O._, spécialiste en rhumatologie, ont examiné A._. Dans leur rapport du 24 janvier 2013, les médecins ont diagnostiqué des discopathies ébauchées L3-L4 et L5-S1, une discopathie L4-L5 avec hernie discale médiane et paramédiane gauche (phase stabilisée), une irradiation de type sciatique au membre inférieur gauche de topographie S1, ainsi qu'une majoration de symptômes physiques pour des raisons psychologiques (CIM-10, F 68.0). Ils ont conclu à une incapacité de travail entière du 5 mai au 31 décembre 1997 (en raison de la problématique neurologique, les discopathies n'ayant eu une influence que du 5 mai au 5 juin 1997); depuis lors, l'assuré présentait une capacité entière de travail dans l'activité exercée avant l'atteinte à la santé et dans une activité adaptée (sans porte-à-faux lombaire, ni port de charges lourdes).
Par jugement du 22 mai 2014, la Cour des assurances sociales a débouté l'assuré.
C.
Agissant par la voie du recours en matière de droit public, A._ demande au Tribunal fédéral, sous suite de frais et dépens, d'annuler ce jugement et de renvoyer la cause à la juridiction de première instance pour complément d'instruction dans le sens des considérants. Il sollicite par ailleurs le bénéfice de l'assistance judiciaire.
Le Tribunal fédéral a renoncé à procéder à un échange d'écritures.

Considérant en droit :
1.
Le recours en matière de droit public (<ref-law>) peut être formé pour violation du droit selon l'art. 95 sv. LTF. Le Tribunal fédéral statue en principe sur la base des faits établis par l'autorité précédente (<ref-law>), sous réserve des cas prévus à l'<ref-law>. Cette disposition lui donne la faculté de rectifier ou compléter d'office l'état de fait de l'arrêt attaqué dans la mesure où des lacunes ou erreurs dans celui-ci lui apparaîtraient d'emblée comme manifestes. Quant au recourant, il ne peut critiquer la constatation de faits importants pour le jugement de la cause que si ceux-ci ont été constatés en violation du droit au sens de l'<ref-law> ou de manière manifestement inexacte (<ref-law>). Par ailleurs, aucun fait nouveau ni preuve nouvelle ne peut être présenté à moins de résulter de la décision de l'autorité précédente (<ref-law>).
2.
À l'appui de ses conclusions, le recourant produit un rapport du docteur D._ du 13 août 2014. Il soutient qu'il ne s'agirait pas d'une pièce nouvelle, mais de "l'énoncé des arguments à caractère médical" qu'il entend soulever dans son écriture de recours; il ne fournirait pas une nouvelle expertise sur sa personne, mais un avis médical mettant en évidence en quoi "la thèse" retenue par les médecins de la Clinique L._ serait contraire à des connaissances médicales faisant l'objet d'un consensus médical.
En déposant en l'occurrence un rapport établi postérieurement au jugement entrepris, le recourant présente un moyen de preuve nouveau qu'il n'a pas déposé ou offert en preuve devant l'autorité précédente, alors qu'il a eu l'occasion de s'exprimer sur le rapport d'expertise de la Clinique L._ (déterminations du 17 juin 2013). La pièce en cause constitue donc une preuve nouvelle au sens de l'<ref-law>, de sorte qu'elle n'est pas recevable (cf. ATF 134 II 625 consid. 2.2 p. 629).
3.
Le litige porte sur le droit du recourant à une rente d'invalidité de l'assurance-invalidité. Le jugement entrepris expose de manière complète les règles légales et les principes jurisprudentiels sur la notion et l'évaluation de l'invalidité, la notion d'atteinte à la santé psychique avec, en particulier, les critères posés par le Tribunal fédéral au regard desquels doit être examiné le caractère invalidant de troubles somatoformes douloureux, ainsi que sur la valeur probante des rapports médicaux et le principe de la libre appréciation des preuves. Il suffit d'y renvoyer.
4.
Dans un grief d'ordre formel, le recourant se plaint d'une violation de son droit d'être entendu parce que le Tribunal cantonal n'a pas pris de renseignements complémentaires auprès des experts de l'Hôpital I._ et, partant, refusé une mesure d'instruction requise. Ce motif n'a cependant pas de portée propre par rapport à celui tiré d'une appréciation arbitraire des faits qu'il invoque également. L'assureur ou le juge peut effectivement renoncer à accomplir certains actes d'instruction sans que cela n'entraîne une violation du droit d'être entendu (sur cette notion en corrélation avec l'administration de preuves, cf. <ref-ruling> consid. 2.1 p. 429, 119 Ib 492 consid. 5b/bb p. 505) s'il est convaincu, en se fondant sur une appréciation consciencieuse des preuves (cf. <ref-ruling> consid. 3a p. 352), que certains faits présentent un degré de vraisemblance prépondérante et que d'autres mesures probatoires ne pourraient plus modifier cette appréciation (sur l'appréciation anticipée des preuves en général: <ref-ruling> consid. 3 p. 157; <ref-ruling> consid. 2 p. 428). L'argumentation du recourant sera donc traitée avec le fond du litige.
5.
5.1. Examinant les expertises respectives du CEMed, de l'Hôpital I._ et de la Clinique L._, les premiers juges ont constaté que les docteurs N._, M._ et O._ avaient dûment expliqué, pour chacun des niveaux du dos, de la colonne cervicale, de l'épaule gauche, du bassin et des hanches, ainsi que sur les plans neurologiques et psychiatriques, les raisons pour lesquelles ils ne s'en tenaient pas, ou seulement en partie, aux diagnostics posés par leurs confrères et aux effets qu'ils en tiraient sur la capacité de travail de l'assuré. Se fondant sur des éléments objectifs (cliniques et imagerie), ils avaient par ailleurs dûment motivé leurs conclusions, en détaillant et expliquant de manière substantielle les différents aspects de la situation médicale de l'intéressé. Considérant que l'expertise du 24 janvier 2013 avait pleine valeur probante et était convaincante, la juridiction cantonale en a suivi les conclusions pour constater que le recourant présentait une capacité entière de travail dans son activité de maçon-coffreur dès le 1er janvier 1998. À défaut d'incapacité de gain, l'intéressé ne pouvait dès lors prétendre de prestations de l'assurance-invalidité.
5.2. Se plaignant d'une violation du droit fédéral et d'une "mauvaise" appréciation des preuves, le recourant reproche aux premiers juges d'avoir accordé valeur probante à l'expertise de la Clinique L._ du 24 janvier 2013 et d'en avoir suivi les conclusions. Il soutient que la juridiction cantonale n'était pas en droit de reprendre complètement l'instruction médicale de son dossier après l'arrêt de renvoi rendu le 15 novembre 2011 par le Tribunal fédéral. Il élève également un certain nombre de critiques à l'encontre des experts de la Clinique L._: ils ont manqué d'expliquer les motifs pour lesquels ils n'ont pas retenu les mêmes diagnostics que leurs confrères de l'Hôpital I._; leur raisonnement relatif à l'absence de conflit disco-radiculaire est mal fondé, repose sur une confusion entre les lésions neurologiques et les douleurs d'un autre type et manque de rigueur au regard de l'existence possible d'une lombosciatalgie invalidante sans conflit disco-radiculaire; l'expertise est par ailleurs lacunaire, parce qu'elle ne repose pas sur une imagerie résonance magnétique (IRM) récente, ni ne prend sérieusement en considération les plaintes de l'assuré. Selon le recourant, les médecins de l'Hôpital I._ devaient être interpelés sur les diagnostics divergents retenus par la seconde expertise judiciaire et sur "les divergences non expliquées dans la lecture des imageries IRM du 28 mai 2010".
6.
6.1. En principe, le juge ne s'écarte pas sans motifs impératifs des conclusions d'une expertise médicale judiciaire, la tâche de l'expert étant précisément de mettre ses connaissances spéciales à la disposition de la justice afin de l'éclairer sur les aspects médicaux d'un état de fait donné. Selon la jurisprudence, peut constituer une raison de s'écarter d'une expertise judiciaire le fait que celle-ci contient des contradictions, ou qu'une surexpertise ordonnée par le tribunal en infirme les conclusions de manière convaincante. En outre, lorsque d'autres spécialistes émettent des opinions contraires aptes à mettre sérieusement en doute la pertinence des déductions de l'expert, on ne peut exclure, selon les cas, une interprétation divergente des conclusions de ce dernier par le juge ou, au besoin, une instruction complémentaire sous la forme d'une nouvelle expertise médicale (<ref-ruling> consid. 3b/aa et les références).
Par ailleurs, lorsque, comme en l'occurrence, l'autorité de recours de première instance juge l'expertise judiciaire concluante et en fait sien le résultat, le Tribunal fédéral n'admet le grief d'appréciation arbitraire que si l'expert n'a pas répondu aux questions posées, si ses conclusions sont contradictoires ou si, d'une quelconque autre façon, l'expertise est entachée de défauts à ce point évidents et reconnaissables, même sans connaissances spécifiques, que le juge ne pouvait tout simplement pas les ignorer. Il n'appartient pas au Tribunal fédéral de vérifier si toutes les affirmations de l'expert sont exemptes d'arbitraire; sa tâche se limite bien plutôt à examiner si l'autorité intimée pouvait, sans arbitraire, se rallier au résultat de l'expertise (arrêt 4P.263/2003 du 1er avril 2004, consid. 2.1; voir également <ref-ruling> consid. 3b/aa p. 352 et les références).
6.2. À l'inverse de ce que prétend tout d'abord le recourant, la juridiction cantonale n'a nullement violé le droit fédéral en requérant des experts qu'elle a mandatés à la suite de l'arrêt du Tribunal fédéral du 15 novembre 2011 de se prononcer de manière complète sur l'ensemble des éventuels troubles présentés par l'assuré et leurs effets sur sa capacité de travail.
Il ressort de l'arrêt fédéral de renvoi que le Tribunal fédéral a dénié une valeur probante suffisante à la première expertise judiciaire confiée aux médecins de l'Hôpital I._, au motif qu'elle était peu claire, partiellement contradictoire et incomplète (consid. 3 de l'arrêt du 15 novembre 2011). Aussi, le Tribunal fédéral a-t-il retenu qu'une instruction complémentaire sous forme d'une surexpertise était nécessaire et renvoyé la cause à cette fin à l'autorité judiciaire de première instance. En conséquence, à teneur des considérants de l'arrêt fédéral (auxquels renvoyait le ch. 1 de son dispositif), la juridiction cantonale devait mettre en oeuvre une surexpertise à titre de mesure d'instruction complémentaire et rendre une nouvelle décision en prenant en compte les résultats de celle-ci. C'est ce qu'a fait le Tribunal cantonal en mandatant les médecins de la Clinique L._, qui ont rendu leur rapport le 24 janvier 2013, et en se prononçant par le jugement entrepris. Cette manière de procéder n'entraîne dès lors aucunement une violation de l'autorité de force de chose jugée de l'arrêt de renvoi fédéral (sur cette notion, voir arrêt 9C_837/2011 du 29 juin 2012 consid. 5.2 et les références).
6.3. En ce qui concerne ensuite les critiques du recourant à l'encontre de l'expertise judiciaire, elles ne permettent pas de mettre en évidence des contradictions ou d'autres éléments qui mettraient en doute ou infirmeraient les conclusions des docteurs N._, M._ et O._.
6.3.1. En premier lieu, dès lors que l'expertise de l'Hôpital I._ a été considérée comme dénuée de valeur probante, les médecins de la Clinique L._ n'avaient pas à justifier les raisons pour lesquelles ils n'ont pas posé les diagnostics au niveau de la colonne lombaire de manière exactement semblable à ceux de leurs confrères (les premiers ont retenu des discopathies ébauchées L3-L4 et L5-S1 et une discopathie L4-L5 avec hernie discale médiane et paramédiane gauche, alors que les seconds ont diagnostiqué une discopathie dégénérative avancée L3/L4, L4/L5, L5/S1). On ne saurait donc reprocher aux experts judiciaires, comme le fait en vain le recourant, d'avoir, selon leurs propres termes, relativement peu discuté et intégré au débat l'expertise du 26 juillet 2010. Celle-ci ne pouvait en effet servir de fondement à la décision à rendre par la juridiction cantonale dans le cadre du second renvoi. Aussi, les premiers juges n'ont-ils pas fait preuve d'arbitraire en ne donnant pas suite à la requête du recourant visant à interpeller les médecins de l'Hôpital I._ sur de prétendues lacunes de l'expertise de leurs confrères de la Clinique L._.
Par ailleurs, quoi qu'en dise le recourant en posant une série d'affirmations ("le diagnostic de discopathies ébauchées a été établi sans explication spécifique", "les experts de la Clinique L._ n'ont fait qu'inscrire les diagnostics auxquels ils avaient conclu en bas de chaque image IRM", "aucune discussion n'a été ouverte sur la question de savoir pourquoi les experts de la Clinique L._ n'ont retenu que des ébauches de discopathies"), les docteurs N._, M._ et O._ ont dûment motivé les diagnostics au niveau de la colonne lombaire. Ils ont indiqué que les disques L3-L4 et L5-S1 avaient un aspect de dessiccation discale sans protrusion, ni hernie, ce qui était banal pour l'âge de l'assuré. En L4-L5, ils ont constaté un aspect de hernie discale paramédiane gauche, de petite taille, faisant suite à l'épisode de fissuration discale survenu en 1997 (p. 39 du rapport du 24 janvier 2013). Précisant par ailleurs le résultat de l'examen de l'imagerie médicale à disposition, ils ont indiqué que l'IRM du 28 mai 2010 montrait des discopathies sans gravité, la hernie discale étant certaine, mais de petite taille et n'entraînant pas de conflit disco-radiculaire.
6.3.2. C'est en vain, ensuite, que le recourant reproche aux docteurs N._, M._ et O._ de n'avoir pas effectué de nouvelles imageries médicales au moment de l'examiner, le 15 octobre 2012, en relation avec le diagnostic d'irradiation de type sciatique au membre inférieur gauche de topographie S1 (phase de status post). L'expert qui a procédé à l'examen neurologique a fait état de l'apparition d'un trouble de la sensibilité sur une modalité de piqûre et d'effleurement sur l'ensemble du membre inférieur gauche (qui n'était pas présent lors des examens précédents). Il a toutefois constaté que ce trouble n'était pas "systématisable" et en contradiction avec la pérennisation des réflexes et le maintien de la sensibilité périnéale; de surcroît, le territoire des douleurs et celui des troubles sensitifs allégués n'étaient pas superposables, alors que les voies de la douleur et de la sensibilité thermoalgique et protopathique étaient véhiculées par les mêmes fibres. Il est arrivé à la conclusion que seule une sciatalgie S1 gauche initiale, dont la pérennisation n'était pas objectivable avec des éléments cliniques discordants et variables, pouvait être retenue. L'expert a fondé ce diagnostic sur son examen clinique, sans juger utile d'effectuer un nouvel examen d'imagerie, auquel il n'aurait pas manqué de procéder s'il n'avait pu se prononcer en connaissance de cause. À cet égard, l'affirmation du recourant selon laquelle une nouvelle IRM s'imposait pour constater si le trouble sensitif pouvait être expliqué anatomiquement relève de sa propre appréciation et non de données médicales avérées. Elle n'est dès lors pas pertinente au regard des connaissances spécialisées de l'expert mandaté par la juridiction cantonale.
6.3.3. En faisant valoir que les conclusions de l'expertise se résumeraient de manière sommaire à ce que "M. A._ serait un simulateur", le recourant fait une lecture subjective du rapport du 24 janvier 2013, dont il ne peut rien tirer en sa faveur. Il suffit de se référer à cet égard aux constatations des experts de la Clinique L._ relatives au diagnostic (sans incidence sur la capacité de travail) de majoration des symptômes physiques pour des raisons psychologiques (p. 93 ss de l'expertise).
Par ailleurs, les critiques du recourant selon lesquelles les experts auraient conclu de manière hâtive à l'absence d'un conflit disco-radiculaire, alors que celui-ci pouvait exister en l'absence de visibilité sur une IRM standard, et qu'ils auraient oublié que des douleurs de type mécanique peuvent exister même en l'absence de lésions neurologiques objectivée ne peuvent être suivies. Les conclusions des experts sur les discopathies présentées par le recourant ne reposent pas uniquement sur leur évaluation des IRM au dossier, mais sur l'anamnèse, les plaintes de l'assuré, ses réponses à l'auto-questionnaire de la douleur et un examen clinique détaillé. Les médecins ont en outre dûment expliqué pourquoi les douleurs ressenties par le recourant, initialement en rapport avec les discopathies, ne pouvaient en grande partie plus être reliées à une cause objectivable. On ne saurait, de plus, douter du fait que les experts auraient mentionné "la présence d'autres lésions qui peuvent se traduire par des douleurs non moins invalidantes", telle qu'invoquée par le recourant, s'ils avaient constaté de tels troubles.
6.3.4. Dans la mesure où le recourant soutient encore que la seconde expertise judiciaire manquerait de rigueur sur la présence ou non de troubles dégénératifs suffisamment invalidants, son argumentation tombe à faux. La discussion des experts sur les discopathies dont il souffre tient en effet compte de l'évolution dégénérative de ce type de trouble. S'adressant à des non-spécialistes, les experts ont pris la peine d'expliquer la notion de discopathie en mettant en évidence le facteur de vieillissement plus ou moins précoce de la structure fibreuse du disque (p. 39 s. de l'expertise). Ils ont par ailleurs mis en relation leurs constatations (cliniques et sur imagerie) avec l'âge de l'assuré, de même qu'ils ont dûment motivé celles-ci (supra consid. 6.3.1), à l'inverse de ce que prétend le recourant. Il n'y a pas lieu de discuter, dans ce contexte, de la prétendue "hypothèse scientifique qui contredit des experts de renommée mondiale" sur laquelle reposerait l'avis des médecins de la Clinique L._, l'argument du recourant reposant sur un moyen de preuve dont il n'y a pas lieu de tenir compte (supra consid. 2).
6.3.5. En dernier lieu, le recourant ne peut pas sérieusement prétendre que ses plaintes n'ont pas été prises au sérieux par les experts et que l'évaluation du COPAI a été "balayée sans justification valable".
Sur le premier point, les médecins de la Clinique L._ ont fait état des plaintes et limitations décrites par le recourant pour chaque diagnostic envisagé et discuté. Le fait qu'ils ont ensuite retenu que les plaintes ne reposaient sur aucun signe somatique ne signifie pas qu'ils ont nié l'existence des douleurs ressenties par l'assuré, mais qu'ils n'ont pas trouvé de substrat organique à celles-ci. Dès lors qu'ils ont également examiné les douleurs et leur éventuelle répercussion sur la capacité de travail sous l'angle psychique, en écartant un diagnostic issu du registre des troubles somatoformes à l'issue de l'analyse psychiatrique (p. 93 ss de l'expertise), on ne saurait leur reprocher de n'avoir pas pris en considération les plaintes exprimées par l'assuré.
Sur le second point, la juridiction cantonale a dûment relevé que dans leur expertise, les docteurs N._, M._ et O._ ont pris en compte l'évaluation du COPAI et exposé les raisons pour lesquelles ils ne reprenaient pas les limitations y figurant. En se bornant à qualifier cette appréciation d'"incompréhensible", sans en démontrer le caractère arbitraire, le recourant ne fournit aucun motif de s'en écarter.
6.4. En conclusion de ce qui précède, les griefs du recourant sont en tout point mal fondés. Son recours doit, partant, être rejeté.
7.
Le recourant, qui satisfait aux conditions de l'<ref-law>, est dispensé de l'obligation de payer des frais judiciaires. Quant aux conditions auxquelles l'<ref-law> subordonne la désignation d'un avocat d'office, elles sont également réalisées. L'attention de l'intéressé est cependant attirée sur le fait qu'il devra rembourser la caisse du Tribunal s'il devient en mesure de le faire ultérieurement (<ref-law>).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce :
1.
Le recours est rejeté.
2.
La demande d'assistance judiciaire est admise. Maître Jean-Claude Perroud est désigné comme avocat d'office du recourant.
3.
Les frais judiciaires, arrêtés à 800 fr., sont mis à la charge du recourant. Ils seront toutefois supportés provisoirement par la caisse du Tribunal.
4.
Une indemnité de 2800 fr. est allouée à l'avocat du recourant à titre d'honoraires à payer par la caisse du Tribunal.
5.
Le présent arrêt est communiqué aux parties, au Tribunal cantonal du canton de Vaud, Cour des assurances sociales, et à l'Office fédéral des assurances sociales.
Lucerne, le 20 octobre 2014
Au nom de la IIe Cour de droit social
du Tribunal fédéral suisse
Le Président : Kernen
La Greffière : Moser-Szeless