Page 11 - 岩石力学与岩石工程学科发展研究报告

不同裂隙倾角和加载速率对裂纹起裂和扩展的影响，得出了不同倾角对岩石的破坏模式和动态强度

的影响和不同载速率下剪切裂纹与拉伸裂纹出现先后顺序。
（2）岩石爆炸动力学研究方面。作为岩石动力学研究的主要方向之一，研究爆炸应力波在岩石
介质中传播规律及其对岩体稳定性的影响具有很重要的理论和工程实践意义。为研究爆炸能量释放

及其对周围结构物的影响，鞠杨等应用 CT 扫描及 X 射线技术建立三维数值模型，研究了应力波在
岩石类材料中的传播规律，获得了动载作用下岩石类材料的破碎形态、能量耗散和裂纹扩展规律。
为研究岩石在应力波作用下的能量耗散对冲击和爆炸破岩中的能量利用率和破岩效果，朱建波等通
过建立爆破波对含节理隧道的损伤数值模型，确定了隧道周围的单元的损伤类型和粒子震动峰值，

并对比分析了有无支护结构的隧道损伤的差别；殷志强等利用带轴向静压和围压装置的霍普金森压
杆设备，获得了砂岩在不同围压卸载条件下的动态力学性能；李夕兵等提出了无需预先测定波速的
微震震源定位方法，获得了随机监测网络下微震震源定位的解析解，发展了协同解析和迭代定位的

方法，突破了定位精度依赖测定波速与异常到时的技术禁锢，解决了最优解不唯一的定位难题，进
一步提出了爆破事件起始时间差的概率密度函数，构建了微震与爆破事件实时全自动识别模型，创
新了震源辨识理论，解决了微震监测中传统方法通过人工方式分离爆破事件耗时长、结果不统一的

难题。
（3）岩石动力性质测试与破坏机理研究方面。夏开文等发展了单次波加载技术，波形整形技术
和激光位移测量等动力学实验新技术；从各向异性材料裂纹尖端应力场和位移场分析出发，推导出
适用于各向异性岩石断裂实验的裂纹尖端场理论公式，突破了传统岩石断裂力学实验沿用各项同性

裂纹尖端场公式计算的不足，建立了正交各向异性岩石动静态断裂实验标准公式；提出并发展了三
套动态断裂实验方法，建立了动态断裂速度、动态断裂能和动态传播韧度的度量方法；构建了基于
微观图像的主裂纹和微裂纹系的微力学模型，揭示了断裂韧度各向异性加载率效应的微力学机制；
通过理论推导，发现了节理弱填充介质的位移与应力非连续特征，提出了位移与力非连续模型

DSDM，有效促进了节理岩体波传播与动响应研究。相关成果在国际上产生了重要影响。

2.1.4 岩石多场耦合模型及应用

岩石介质多场耦合主要研究在温度场（T）、渗流场（H）、应力场（M）和化学场（C）的耦合
作用下（以下称 THMC），气体、液体、气液二相流体或化学流体在岩石的孔隙中传输，固体骨架和

流体中的温度分布及其骨架变形与破坏规律。从理论研究、数值模拟到物理实验，从渗流-应力耦合
模型、渗流-应力-损伤模型到渗流-应力-损伤-化学耦合的复杂模型，我国学者在多场耦合研究方面做
了大量有开拓性的工作。
（1）理论方面。陶煜等运用单裂隙平行板渗流理论、弹性力学方法，结合模拟电路知识，提出

等效渗流阻的概念，建立了基于等效渗流阻的渗流-应力耦合模型；赵瑜等结合剪切变形和裂隙开度
的关系，利用最小势能原理和立方定律，建立了压剪作用下考虑裂隙剪胀特性的渗流应力耦合模型；
申方林等建立了应力作用下岩石的溶解动力学模型，对单裂隙岩石在应力-渗流-化学耦合环境下的综

合相应机制进行了研究；王军详等在建立的岩石弹塑性损伤本构模型基础上，根据岩石处于弹塑性
状态时渗透系数动态演化公式，建立了岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型；贾善坡等建立了考虑渗
流-应力耦合作用的层状盐岩截面裂缝扩展模型和泥岩渗透性演化数学模型；谭贤君等在 THMD 耦

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