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(dòng)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(zhǎng)大和貫穿而導(dǎo)致巖石宏觀力學(xué)性能的劣化乃至最終失效或破壞的過程。因而，從損傷力學(xué)的角度研究爆破現(xiàn)象是爆破理論發(fā)展的新階段。美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室從20世紀(jì)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(gè)部分：其一為用動(dòng)載程序PRON-TO計(jì)算應(yīng)力波傳播和構(gòu)造巖石運(yùn)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(yùn)動(dòng)問題。Grady采用Weibull分布描述動(dòng)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(yīng)用。Taylor、Chen和Kuszmaul（1986）[14]引進(jìn)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(dá)式和Grady給出的碎塊尺寸表達(dá)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(dòng)態(tài)本構(gòu)方程中，建立了TCK模型。該模型可以預(yù)報(bào)巖石在體積拉伸載荷下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。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(yīng)：即微裂紋周圍產(chǎn)生應(yīng)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(yīng)性。Yang等（1996）對(duì)以上模型在裂紋密度的分布及損傷變量的定義方面進(jìn)行了修正[18]，認(rèn)為只有在體積應(yīng)變大于某一臨界體積應(yīng)變后裂紋才能擴(kuò)展，并考慮作用時(shí)間對(duì)裂紋密度的影響，在定義損傷變量時(shí)引入了斷裂概率的概念。我國(guó)在該方面的研究主要是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)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。