1.3 損傷理論階段

巖石材料作為一種脆性損傷材料，存在著大量的微裂隙、微裂紋等缺陷，即初始損傷。巖石動態(tài)損傷和破壞過程是由于其內(nèi)部大量微損傷的成核、長大和貫穿而導致巖石宏觀力學性能的劣化乃至最終失效或破壞的過程。因而，從損傷力學的角度研究爆破現(xiàn)象是爆破理論發(fā)展的新階段。美國Sandia國家實驗室從20世紀80年代初就開展了巖石爆破損傷模型的研究。研究工作包括兩個部分：其一為用動載程序PRON-TO計算應力波傳播和構(gòu)造巖石運載作用下破壞的損傷模型；其二為研究爆生氣體作用下的破碎塊度運動問題。Grady采用Weibull分布描述動載下所激活的裂紋數(shù)以及所建立的損傷與裂紋密度的關(guān)系式[13]，在巖石爆破損傷模型中得到了廣泛的應用。Taylor、Chen和Kuszmaul（1986）[14]引進O'connell與Budiansky（1976）[15]的有效體積模量和泊松比與裂紋密度的關(guān)系表達式和Grady給出的碎塊尺寸表達式，建立了損傷變量與裂紋密度之間的關(guān)系式，并將損傷變量以率形式耦合到動態(tài)本構(gòu)方程中，建立了TCK模型。該模型可以預報巖石在體積拉伸載荷下的動態(tài)響應。Kuszmaul（1987）[16]在以上兩模型的基礎(chǔ)上提出了新的KUS模型，該模型考慮了高密度微裂紋的蔭屏效應：即微裂紋周圍產(chǎn)生應力釋放的材料能夠重疊，在裂紋的激活率中考慮了損傷引起的減少。Thorne等（1990）[17]在KUS模型的基礎(chǔ)上考慮了激活裂紋數(shù)可能引起巖石體積的變化，并通過采用不同的損傷變量定義，提高了模型在大裂紋密度條件下的適應性。Yang等（1996）對以上模型在裂紋密度的分布及損傷變量的定義方面進行了修正[18]，認為只有在體積應變大于某一臨界體積應變后裂紋才能擴展，并考慮作用時間對裂紋密度的影響，在定義損傷變量時引入了斷裂概率的概念。我國在該方面的研究主要是中國礦業(yè)大學北京校區(qū)近幾年的工作，見劉殿書（1992）[19]、楊軍（1994）[20]、金乾坤（1996）[21]所建立的巖石爆破損傷模型及數(shù)值模擬研究等工作。