在边坡及建筑物基础开挖工程中,普遍存在着爆破开挖岩体和维护岩体稳定性这一互相矛盾而又亟待解决的问题。人们采用断裂力学、损伤力学、爆破力学相关知识并结合现场观测情况,在理论、数值模拟和试验等方面对岩体在爆破荷载作用下的损伤问题进行了大量研究。岩体爆破损伤破坏作用机理是,在爆炸荷载作用下,岩石内部有大量微裂纹形成、扩展和贯穿,从而导致岩石宏观力学性能劣化直至最终失效或破坏,这是一个连续损伤演化累积的过程,即爆破动荷载导致岩体宏观失效的过程并不是单次爆破作业造成的,而是多次爆破共同作用的结果。在持续或反复的爆破动荷载作用下,由于损伤的不可逆性导致损伤累积,当岩体爆破损伤程度累积超过岩体稳定安全阈值时就会产生动力失稳破坏[20]。
损伤力学是固体力学的一个分支学科,是应工程技术的发展对基础学科的需求而产生的。经过几十年的发展,目前它已经成为一个集中固体力学前沿研究的热门学科[18]。1958 年,Kachanov 在研究金属的蠕变破坏时,为了反映材料内部的损伤,第一次提出了损伤的概念。但是一开始并未受到重视,直到20 世纪70 年代后。到目前,它已经渗透到与材料科学有关的众多领域,并取得了重大的研究进展,同时也取得了令人瞩目的成就[21]。(www.xing528.com)
早期确定岩体开挖损伤范围主要依赖于现场试验。岩体的声波测试是对损伤区的分布特征进行研究的有效方法,朱传云等[18]和李俊如等[19]分别通过爆前、爆后岩体声波波速的变化率,量测了爆炸荷载作用下岩体的损伤范围。但这种事后的检测方法不利于爆破开挖中对于保留岩体损伤的主动控制,给工程的施工与运行带来了诸多不便和损失,代价昂贵。随着计算机技术的发展,岩体爆破损伤区的数值模拟成为研究爆破损伤的重要方法。岩体爆破损伤模型是研究岩体爆破损伤效应的有效工具[22]。
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