1.3 损伤理论阶段

岩石材料作为一种脆性损伤材料，存在着大量的微裂隙、微裂纹等缺陷，即初始损伤。岩石动态损伤和破坏过程是由于其内部大量微损伤的成核、长大和贯穿而导致岩石宏观力学性能的劣化乃至最终失效或破坏的过程。因而，从损伤力学的角度研究爆破现象是爆破理论发展的新阶段。美国Sandia国家实验室从20世纪80年代初就开展了岩石爆破损伤模型的研究。研究工作包括两个部分：其一为用动载程序PRON-TO计算应力波传播和构造岩石运载作用下破坏的损伤模型；其二为研究爆生气体作用下的破碎块度运动问题。Grady采用Weibull分布描述动载下所激活的裂纹数以及所建立的损伤与裂纹密度的关系式[13]，在岩石爆破损伤模型中得到了广泛的应用。Taylor、Chen和Kuszmaul（1986）[14]引进O'connell与Budiansky（1976）[15]的有效体积模量和泊松比与裂纹密度的关系表达式和Grady给出的碎块尺寸表达式，建立了损伤变量与裂纹密度之间的关系式，并将损伤变量以率形式耦合到动态本构方程中，建立了TCK模型。该模型可以预报岩石在体积拉伸载荷下的动态响应。Kuszmaul（1987）[16]在以上两模型的基础上提出了新的KUS模型，该模型考虑了高密度微裂纹的荫屏效应：即微裂纹周围产生应力释放的材料能够重叠，在裂纹的激活率中考虑了损伤引起的减少。Thorne等（1990）[17]在KUS模型的基础上考虑了激活裂纹数可能引起岩石体积的变化，并通过采用不同的损伤变量定义，提高了模型在大裂纹密度条件下的适应性。Yang等（1996）对以上模型在裂纹密度的分布及损伤变量的定义方面进行了修正[18]，认为只有在体积应变大于某一临界体积应变后裂纹才能扩展，并考虑作用时间对裂纹密度的影响，在定义损伤变量时引入了断裂概率的概念。我国在该方面的研究主要是中国矿业大学北京校区近几年的工作，见刘殿书（1992）[19]、杨军（1994）[20]、金乾坤（1996）[21]所建立的岩石爆破损伤模型及数值模拟研究等工作。