巖石動力學(xué)簡介

巖石動力學(xué)主要研究巖石（體）在動載荷（如爆炸、沖擊、地震、振動等）作用下，其動態(tài)力學(xué)性質(zhì)與本構(gòu)關(guān)系，破巖效應(yīng)與機(jī)理、巖石(體)中應(yīng)力波傳播與衰減規(guī)律，巖石工程的安全與防護(hù)，巖石（體）動態(tài)特性的數(shù)值計算與數(shù)字仿真，有很強(qiáng)的工程應(yīng)用背景。

從廣義的角度，巖石力學(xué)可分為巖石靜力學(xué)與巖石動力學(xué)，它們雖然都是以固體力學(xué)為基礎(chǔ)，嚴(yán)格地說是以彈塑性、黏彈塑性力學(xué)為其理論基礎(chǔ)，但它們有荷載形式不同這個主要差別。就本質(zhì)而言，所有力學(xué)問題都是動力學(xué)問題，只有當(dāng)材料的慣性效應(yīng)可忽略時，才能作為靜力學(xué)問題處理。應(yīng)變率在10?2～104s?1的荷載，屬于巖石動力學(xué)的研究范疇。

在我國，巖石動力學(xué)研究最早可以追溯到20 世紀(jì)60 年代初大冶鐵礦邊坡穩(wěn)定性研究中的“爆破動力效應(yīng)試驗”。較全面的巖石動力學(xué)研究，應(yīng)該始于國家“防護(hù)工程問題的研究”。1977 年始?xì)v時10 年的“地下炸藥庫安全問題的研究”，以及國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展帶來的深路基、長隧道（洞）、高邊坡爆破開挖等工程技術(shù)難題，促進(jìn)了巖石動力學(xué)研究的進(jìn)步。

在國際上，在20 世紀(jì)50～60 年代，美國進(jìn)行了多次核試驗，開展了大量與巖石動力學(xué)相關(guān)的研究，成果主要以AD 報告的形式發(fā)表。Josef Henrych 撰寫的《The dynamics of explosion and its use》（1979 年）、George B Clark 撰寫的《Principles of rock fragmentation》（1987 年）等著作，對巖石動力學(xué)研究發(fā)展有重大影響。

在巖石動力學(xué)研究中，現(xiàn)場借助于壓力、位移、速度和加速度等測量系統(tǒng)，室內(nèi)借助于巖石動載機(jī)、霍布金森壓桿、球面波與平面波爆炸實驗裝置、動光彈與高速攝影等一系列實驗設(shè)備。開展了巖石（體）在爆炸沖擊作用下不同時空尺寸的動態(tài)本構(gòu)模型研究；獲得了基于粒子速度測量和拉格朗日分析方法的巖石動力特性與本構(gòu)關(guān)系；提出了考慮巖石強(qiáng)度依賴應(yīng)變率的莫爾庫侖準(zhǔn)則，確定了巖體的破壞尺寸與應(yīng)變率的關(guān)系。獲得了不同爆炸、不同當(dāng)量、不同比例距離下的巖體自由場應(yīng)力波傳播和衰減規(guī)律；研究了沖擊載荷作用下巖石變形破壞的宏、細(xì)觀結(jié)構(gòu)特性；對條狀裝藥在巖石介質(zhì)中爆破破壞過程的應(yīng)力場、爆破漏斗形成有了充分認(rèn)識；利用有限元方法等對巖石構(gòu)筑物的安全、穩(wěn)定性分析，并取得了重要成果。

由于巖石材料的特殊性和復(fù)雜性，巖石材料動態(tài)本構(gòu)關(guān)系的建立十分困難，用一種本構(gòu)關(guān)系表現(xiàn)巖石材料的共性是不現(xiàn)實的。針對某種具特定地理位置、特定生成年代、特定埋深的巖石材料，研究其本構(gòu)特性，將是今后研究的主要方向。進(jìn)一步完善巖石變形與破壞的時間構(gòu)造性、巖石動力強(qiáng)度理論和破壞準(zhǔn)則以及破壞過程，仍是深入研究的課題。大尺度、多尺度、多因素問題及耦合效應(yīng)，也是主攻方向之一。應(yīng)力波通過層狀介質(zhì)結(jié)構(gòu)面(如裂隙、節(jié)理、斷層等)的相互作用，波與結(jié)構(gòu)物、構(gòu)造物的相互作用，高阻抗失配材料中波的傳播和衰減規(guī)律，波傳播反問題的不適定性根源的研究，都有著十分重要的戰(zhàn)略意義。研究巖體損傷、斷裂隨時間增長發(fā)展最終破壞失穩(wěn)的機(jī)制、模式和判據(jù)，確定巖體時效損傷斷裂的統(tǒng)一機(jī)制十分必要；應(yīng)變速率效應(yīng)和軟化、圍巖加固和應(yīng)力轉(zhuǎn)移技術(shù)等的研究，尤被關(guān)注。數(shù)值模擬不單純是一種分析手段，也是一種實驗具。應(yīng)大力發(fā)展巖石動力斷裂過程的數(shù)值模擬與虛擬仿真技術(shù)，并求得巖石動力學(xué)問題的精確解。

高地應(yīng)力條件下硬脆性巖體突發(fā)巖爆、礦井深部沖擊地壓的監(jiān)測、預(yù)警與防治技術(shù)，高烈度地震區(qū)洞、基、坡的抗震與減振，隧道及地下構(gòu)筑物的耐久性與安全防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)，也是工程上亟需解決的難題。