岩爆破坏过程能量释放的数值模拟
节理岩体爆破数值模拟
对比炮孔轴线与节理面法向成不同角度布置， 且有１条充填节理时，其模拟结果表明，每一时刻的 有效应力值有明显的不同，说明当炮孔轴线与节理 面法向垂直时，爆炸能量衰减最快，斜交次之，只有 炮孔轴线与节理法向平行时，爆炸能量利用率较高。
对比节理岩体和均质岩体，在均质岩体中爆破 时，爆炸能量向四周均匀分布，能量利用率高，爆破 效果好；而节理岩体由于节理面的存在，使得应力波 在节理面处产生了复杂的反射和透射现象，不但改 变了应力波传播路径，形成了复杂的应力场，而且节 理面处发生剪切滑移破坏，使得爆生气体过早外逸， 爆炸能量分布不均衡，因而爆炸能量利用率低，加剧 了爆炸能量的衰减，明显影响爆破效果。 ２．３炸药爆炸动能分析
收稿日期：２００９—１０—０１ 作者简介：叶海旺（１９７１一），男，博士，副教授，研究方向：爆破与岩
土工程理论，Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｅｈａｉｗａｎ９３６９＠ｈｏｔｍａｉｌ．ＣＯｒｎ。
０引言
节理裂隙的存在使得岩体具有非连续性和显著 的各向异性，从而使得炸药爆炸于岩体之间的作用
万方数据
１４
爆破
２００９年１２月
ＹＥ Ｈａｉ—ｗａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｊｉｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈｕｂｅｉ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）
岩石动态剥落破裂的数值模拟
岩石动态剥落破裂的数值模拟引言岩石动态剥落破裂是地质灾害中的一种严重类型，其产生的原因多样，如地震、爆炸、水力冲击等。
对于这种问题，数值模拟方法已被广泛应用于地质工程领域，以预测和评估岩石动态破裂过程的破坏性和具体效果，以及结构的稳定性和保护性能。
本文将介绍目前常用的岩石动态破裂数值模拟方法，包括有限元法和离散元法，并分析其优劣和应用范围。
一、有限元法有限元法是解决结构力学中的问题的常用方法，包括岩石动态破裂模拟。
其基本思想是将复杂的结构分解成若干个小元素，并对每个小元素进行简化模型假设，利用数值方法对每个小元素进行求解，最后将结果组合得到全局结构的反应。
在岩石动态破裂模拟中，将峰值强度、应力波传播、岩石内损伤等问题转化为有限元数值求解问题，可大幅简化问题的求解过程。
有限元法在岩石动态破裂模拟中的应用主要涉及到以下几个方面：1、破裂过程的数值模拟：破裂过程的分析对于预测和评估破坏的具体情况至关重要，有限元法能够对破裂过程进行数值模拟；2、弹性介质中应力波传播的数值模拟：应力波传播的速度、频率对于岩石破裂具有重要影响，有限元法可以计算弹性介质中应力波传播的特征及其影响；3、岩石内部损伤行为的数值模拟：岩石内部微观结构的变化对于破裂行为的发生有着直接的影响，有限元法可以模拟并计算微观尺度上的变化。
有限元法的优点在于：1、求解过程简便快捷；2、可对各种不同类型和形状的结构进行模拟；3、适用于各种不同工况下的模拟。
其缺点在于：1、仅适用于小小尺度下，如旋转对称或轴对称问题的处理等；2、计算机资源投入较大，对于大规模结构的处理难度较大；3、需要对于每个小元素进行较好的建模。
二、离散元法离散元法是一种分子动力学模型，其首要任务是模拟模型中各种物质颗粒在自然环境下的运动行为，其模型假设是颗粒物的弹性和摩擦不存在。
离散元法最初被应用于地质动力学的问题中，由于其适用范围广、计算速度快、能够对多种不同类型的物体进行建模等优点，迅速成为岩石动态破裂模拟中最常用的方法之一。
岩爆危害预测与控制的数值模拟方法研究
岩爆危害预测与控制的数值模拟方法研究岩爆是指矿井、地下工程中由于地质结构和地应力的变化而导致的巨大破坏性能量释放。
岩爆的危害非常严重，可以导致人员伤亡、设备损坏和安全隐患。
因此，对岩爆进行预测和控制非常重要。
数值模拟是一种利用计算机模拟现实过程的方法，它可以以低成本进行大量试验，使我们能够更好地了解和预测岩爆的危害。
本文将介绍利用数值模拟方法进行岩爆危害预测和控制的一些基本原理和方法。
一、数值模拟方法数值模拟是将现实世界的问题转化为计算机可以处理的数学模型，并通过计算机模拟在现实系统中各种物理、化学等现象的发展过程，以得到我们感兴趣的信息。
数值模拟方法可以分为有限差分法、有限元法、边界元法等多种。
其中，有限元法是一种广泛应用的方法，因其能够处理多种复杂的工程问题而被认为是最受欢迎的数值模拟方法之一。
二、岩爆危害预测岩石中的裂隙会导致地应力的变化，进而导致矿井中岩石的破裂和岩爆事故的发生。
因此，了解裂隙的分布和变化对于岩爆危害的预测非常重要。
数值模拟可以帮助我们了解岩石中裂隙的变化和演化过程。
其中，有限元法可以建立复杂的岩体模型，模拟岩石中各种应力场的变化，并确定岩体破裂的位置和形态。
此外，有限元法还可以预测岩体在不同应力下的破断模式和破碎程度，从而了解岩体的稳定性，预测岩爆危险程度。
三、岩爆危害控制预测岩爆危害的同时，我们还需要有效地控制岩爆危害。
具体而言，我们可以从以下几方面入手：1. 改善矿井通风系统，使矿井内的气流流通良好，避免热量和气体积聚导致爆炸。
2. 采用恰当的爆破技术，减轻爆破震动对岩石的损伤，避免引起岩爆。
3. 对有岩爆危险的工作面进行加强，例如，在矿井中设置支撑和固化设施，以防止岩石破坏。
4. 定期维护和检查矿井设备和矿井环境，发现问题及时处理，防止事故的发生。
在岩爆危害控制的过程中，数值模拟方法可以帮助我们设计合适的岩体支护方案和爆破方案，以及优化矿井通风系统，减少岩爆危害。
岩石动态剥落破裂的数值模拟
岩石动态剥落破裂的数值模拟*朱万成，逄铭璋，黄志平，唐春安东北大学 138信箱岩石破裂与失稳研究中心沈阳 110004摘要: 简单介绍了RFPA程序模拟岩石在动态载荷作用下破裂过程的原理和功能，并用该程序研究岩石在动态载荷作用下的剥落过程。
数值模拟首先再现了均匀杆在不同的应力波幅值条件下表现出的不同剥落形式，通过与理论和实验结果比较，证明了RFPA在模拟动态断裂问题时的可行性。
以此为基础，RFPA被用于模拟非均匀岩石试样在不同应力波幅值条件下的剥落破裂，预测了不同应力条件下试样的破裂模式。
数值模拟结果表明，岩石材料力学性质的非均匀性是造成动态强度提高的原因之一。
关键词: 岩石，应力波，剥落破裂，数值模拟分类号Numerical simulation on dynamic spalling of rockZhu Wan-Cheng, Pang Ming-Zhang, Huang Zhi-Ping, Tang Chun-An Center for Rock Instability and Seismicity Research, Northeastern University, Shenyang, 110004, China Abstract: The principle of RFPA to simulate dynamic failure of rock is briefly summarized. RFPA is used to study the dynamic spalling of rock specimen under dynamic loadings. Firstly, RFPA is validated by reproducing the different spalling characteristics of homogeneous bar under the compressive stress waves with different amplitude and comparing with the theoretical and experimental results. Then, RFPA is used to simulate the spalling failure of heterogeneous rock bar subjected to stress waves with different amplitudes, and three failure patterns are numerically predicted. Numerical results also indicate that the heterogeneity is one of factors that lead to the increase of dynamic strength of rock. Key Words: Rock, stress wave, spalling failure, numerical simulation1 引言岩石在动态载荷作用下的变形与破坏过程对于岩石破碎等与工程密切相关问题的研究具有重要的作用。
岩石爆破过碎问题数值模拟研究
岩石爆破过碎问题数值模拟研究摘要：为了解决某爆破施工过程中岩石过碎的问题，基于现场爆破参数，运用LS-DYNA显式非线性动力分析有限元程序建立有限元模型，对爆破施工作数值模拟，对比分析了孔距为3m和4m的爆破应力作用范围和各测点主应力峰值，为爆破施工确定合理的孔距提供了理论依据。
关键词：数值模拟；主应力；土石方爆破；爆破参数某大型土石方平整场地爆破工程位于贵州省遵义市，随着爆破施工的推进，发现爆破岩石过于粉碎，对炸药造成很大的浪费，由于岩石过于粉碎但破碎范围较小，铲装效率受到很大影响，严重影响施工进度，爆破施工采用3m×3m 孔网参数，为了确定更合理的爆破参数，基于LS-DYNA显式非线性动力分析有限元程序，在现实的爆破参数基础上作数值模拟，对影响爆破范围的主要因素爆破最大主应力进行分析。
1数值模拟分析LS-DYNA中，MAT_PLASTIC_KINEMATIC选项卡可以用来模拟爆破荷载下岩石的本构关系，此材料模型考虑了岩石介质材料的弹塑性性质，并且能够对材料的强化效应（随动强化和各向同性强化）和应变率变化效应加以描述，同时带有失效应变。
LS-DYNA中内嵌有高能炸药材料*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN，该材料类型可以用来模拟炸药的爆轰过程。
通过JWL状态方程，并设置炸药的起爆点和起爆时间，在程序中可实现对炸药爆轰过程的模拟。
JWL状态方程一般表现为如下形式：P=A(1-■)e-R1V+B(1-■)e-R2V+■式中：A，B，R1，R2，ω为常数，E0单位体积内能，V相对体积。
为了模拟爆破所引起的破碎范围主应力，利用了LS-DNYA程序可以直接模拟高能炸药的爆炸过程功能。
通过炮孔内爆轰模拟及爆轰产物与孔壁的相互作用确定爆炸荷载。
文章数值计算中2号岩石乳化炸药的具体参数为：炸药密度为950 kg/m3，状态方程中A=47.6e9，B=0.529e9，R1=3.5，R2=0.9，ω=0.3，E0=4.5e9，炸药的爆轰速度为3600 m/s，计算中所取岩石力学参数如表1所示。
大爆破爆炸冲击波在破碎岩体间传播的数值模拟研究
１ 基本假设及物理模型
１ １ 物理模 型 ． 选 择破 碎 岩 石 块体 所 在 空 间 为模 拟 对 象 ， 空 间 此
的长 、 、 宽 高均 为 １ ５ 的立 方 体 的缩 尺模 型 。 内部 块 ．ｍ 体体 积 大小分 布不 等 。为研 究 冲击 波在 传 播 过程 的压 力、 速度 和其他 参量 的分 布 ， 冲 击 波 的入 口平 面 方 向 沿
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第２ ６卷第 ｌ ２期
Ｊ ｏｕＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ ＢＲＡＴ ＯＮ ／ ＡＮＤ Ｓ ＨＯＣＫ
大 爆破 爆 炸 冲击 波在 破 碎 岩体 间传播 的数值 模 拟 研 究
曲志 明 ， 周心权 巩伟平 ‘ 郭胜茂 姜玮蔚 ， ， ，
（． １ 河北工 程大学 土木工程学 院 ， 邯郸 ０ ６ ３ ；． ５０ ８ ２ 中国矿业 大学 资源与安 全工程学 院 ， 北京 １０ ８ ； ００ ３
３ ．北 京昌平区小汤山工业 园区大东流 ２ ５号港源装饰公 司， ９ 北京 １２ １ ；． 中铁 十八 局集 团 ， ０ ２ １４ 天津 ３０ ２ ） ０ ２２
大 。冲击波在通过孔隙后其波阵面的压力衰减程度较大。速度通过孔隙过程 中增加的幅度较大 ， 而温度 的变化不明显。 关键词 ：爆 破 ； 冲击波 ； 传播 ； 数值模拟 ； 破碎岩体
中图 分 类 号 ：０ ８ ３２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
当炸 药在 无 限空 气 介 质 中爆 炸 时 ， 有 限 的空 间 在 中迅 速 释放 出 大量 的能 量 ， 致 爆 炸 气 体 生 成 物 的压 导
来点燃炸药 ， 爆炸 冲击波一般是在扰动区 内在与壁面 的相互 作用 后 形 成 稳 定 激 波 的。假 设 壁 面 不 光 滑 ， 但 刚性 。由于爆炸过程 中产生 的爆炸 冲击 波的高速度 ， 爆后形成的混合气体高温 、 高压 ， 因此 ， 冲击波在这种 介质 中传播 和衰减 时可忽 略质 量力 、 粘性 和热传 导。 考虑 破碎块 体 之间气 体 的 可压 缩 性 。不 考 虑 气体 或爆 炸生 成物 的重力 影 响 ， 考虑 浮力 的影 响 。 不
卸载岩爆试验及PFC3D数值模拟
卸载岩爆试验及PFC3D数值模拟[摘要]在高地应力条件下地下工程开挖时，硬脆性围岩会因为开挖卸载导致洞壁应力异常分化，岩土中的弹性应变能力会突然释放从而造成爆破松落、弹射等抛掷现象。
这种动力破坏被称为岩爆。
通过卸载岩爆试验及PFC3D数值模拟是可以对岩爆区岩爆的发生进行预测预报的。
[关键字]岩爆卸载岩爆试验PFC3D 数值模拟近年来我国地下工程越来越多，岩爆灾害的防治越来越受到人们的关注。
那么，如何避免和减少岩爆对工程以及人们生活的影响。
本文就对目前在岩石作业中普遍采用的卸载岩爆试验及PFC3D数值模拟进行了介绍与探讨。
1卸载岩爆试验及PFC3D数值模拟的必要性在高地应力条件下地下工程开挖时，硬脆性围岩会因为开挖卸载导致洞壁应力异常分化，岩土中的弹性应变能力会突然释放从而造成爆破松落、弹射等抛掷现象。
这种动力破坏被称为岩爆。
由于岩土的物理构造发生变化，少量或大量的岩石会对施工设备或者施工人员造成安全威胁，所以这一问题引起了工程科技以及科技人员的普遍关注。
澳大利亚的布雷迪早在《矿山压力与岩层控制》一书中就已经对爆岩成因以及灾害防治等方面做出了研究。
他提出了许多诸如：机制、强度、能量与失稳等理论以及预测方法。
但是对于实际爆岩的发生，由于其影响因素较为复杂，人们无法对岩爆发生条件与整体机制达成共识。
作为探讨岩爆机制与类型的重要手段，卸载岩爆试验的出现起到了关键作用。
它是一种对岩爆区岩石事件进行的一种室内仿真试验。
它是研究岩爆机制和岩爆条件的重要方法，它可以实时的对岩爆进行预测预报。
但是室内岩爆试验的耗材以及费用都相当的昂贵，所以这种方法在一定程度上是不便于大面积使用的。
由此PFC3D数值模拟就显得非常有必要了，PFC3D数值模拟是一种新型的实质分析方法，它是通过对岩爆数据与室内岩爆试验数据进行对比来完成对岩爆预测预报的一种重要手段。
2室内岩爆试验室内卸载岩爆试验是研究、探讨岩爆机制与类型的重要手段。
它是对岩爆区岩爆试件进行的岩爆仿真试验，它可以判断岩爆是否发生以及发生条件，以此来对岩爆进行预侧预报。
高应力岩体爆破作用效果的数值模拟
高应力岩体爆破作用效果的数值模拟随着人们对能源需求量的增加和矿山开采强度的不断增大,浅部资源日益减少,国内外矿山都相继进入深部资源的开采状态。
深部岩体处于较高的地应力环境中,在深部岩体中进行开采爆破时,岩体处于高地应力和爆炸冲击波的共同作用,两种载荷相互影响,导致岩体爆破破坏过程比较复杂,因此最终的爆破效果与不考虑附加初始应力的岩体爆破效果不同。
针对此种现象,本文运用大型有限元软件ANSYS和显式动力学有限元程序LS-DYNA对高应力条件下深部岩体的爆破过程进行数值模拟研究,深入研究初始应力对岩体爆破的影响,以及在考虑初始应力的情况下爆破参数对岩体爆破作用效果的影响规律。
论文主要包括以下几个部分：(1)探讨了岩石爆破破碎机理和岩石在爆炸动载荷作用下的动力学问题,综合各种理论,分析了岩体破坏过程的形成原因以及加载应变率在每个破坏区域对岩体强度的影响。
(2)利用显式动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对考虑附加初始应力条件下的球状药包爆破进行数值模拟,研究爆破时岩体的破碎区、裂隙区以及爆破漏斗的形成和发展过程,同时研究爆破时围岩压应力场和Mises应力场的变化,并与不考虑初始应力情况下的作用结果进行比较,探讨初始应力对爆炸后炮孔周围岩体裂缝的发展长度、发展方向、数量以及爆破漏斗和围岩的应力场的影响。
(3)采用显式动力学有限元程序LS-DYNA对不同的附加双向初始应力条件下的岩体单孔爆破进行数值分析,并将各种条件下的模拟结果进行比较,研究了附加初始应力的大小和两个方向的初始应力的比值对岩体破碎区域和围岩应力场的影响规律,结果表明在深部岩体爆破设计时,应适当减小炮孔间距,特别是应减小较小初应力方向上的炮孔间距。
(4)模拟了不同抵抗线、起爆方式以及填塞状况下的岩体爆破过程,结果表明：围岩初始高应力对各种情况下的应力场、裂纹分布和爆破漏斗形状及大小均有不同程度的影响。
上述研究结果将为深部岩体爆破工程设计提供一定的参考。
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第29卷第3期 岩 土 力 学 V ol.29 No.3 2008年3月 Rock and Soil Mechanics Mar. 2008收稿日期：2007-09-21作者简介：王耀辉，男，1971年生，博士，主要从事岩石力学与地基基础方面的研究。
E-mail: wangyaohui@文章编号：1000－7598－(2008) 03－0790－05岩爆破坏过程能量释放的数值模拟王耀辉1，陈莉雯2，沈 峰3（1.中国科学院武汉岩土力学研究所，武汉 430071；2.武汉市洪山建筑质量监督管理站，武汉 430074；3.武英高速公路项目建设部，武汉 430071）摘 要：岩爆是地下岩石开挖中的一种工程灾害现象，是岩体结构发生破坏时，由于内部储存的弹性能释放并转换为动能而造成动力形式的破坏。
岩爆破坏过程中的能量释放与岩体在应力峰值前后的应力-应变特性紧密相关。
另外，施工中开挖速度引起的加载速率的变化也会对岩爆的产生有明显影响。
以岩体全过程应力-应变曲线试验为基础分析岩爆破坏过程。
分析中采用的模型考虑了岩石峰值后应力-应变特性及加载速率的影响。
运用数值方法对岩石洞室的开挖过程进行了模拟，在模拟中对岩体破坏的发生及弹性能释放过程进行了分析。
数值分析结果显示，岩体洞室开挖过程中岩石破坏由岩体表面向岩体内部发展，岩石的弹性能释放率也随着破坏的发展而不断增加。
分析结果还显示，岩体破坏时的弹性能释放速率会随着开挖速率的提高而明显增加。
关 键 词：岩爆；数值模拟；应力-应变特性 中图分类号：O 382 文献标识码：ANumerical modeling of energy release in rockburstWANG Yao-hui 1, CHEN Li-wen 2, SHEN Feng 3(1. Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China; 2. Hongshan Station for Supervision and Test of Building Engineering, Wuhan 430074, China; 3. Construction Department of Wuying Expressway, Wuhan 430071, China)Abstract: Rockburst is one of the disasters can occurr in deep mining and rock excavation. It is a kind of dynamic fracture excited by the released elastic energy previously stored in the rock mass. The elastic energy releasing is correlated to the post peak behavior of the excavated rock mass. On the other hand, the rockburst phenomenon is also correlated with the excavation rate. A numerical modeling for rockburst is presented. The modeling is based on the complete stress-strain behavior of rocks obtained in laboratory. The post peak stress-strain behavior is specially considered in the analysis. Furthermore, the influences of loading rates are also included. The excavation process of a tunnel in rock mass is simulated in the study. The fracture development and the elastic energy releasing rates under different loading rates are computed in the simulation. The computed results indicate that the fracture is likely to initially occur near the rock surface and then propagate towards the internal zone of the rock mass. It is also demonstrated that rockburst is more likely to be occurred under a higher excavation rate than that under a lower excavation rate. Key words: rock burst; numerical modeling; stress-strain behavior1 引 言岩爆是地下岩体工程施工中的一种灾害现象，它是在岩体开挖过程中，由于岩体内部储存的弹性能突然释放并大量转化为动能所形成的一种动力破坏现象。
由于岩爆发生突然而且强烈，对施工人员和机械设备的安全构成了严重威胁[1－3]。
对岩爆的研究不仅在理论上，而且在工程实践中都具有重大意义。
为解释岩爆的机制和预测其发生，学者们提出了许多理论及预测方法，包括强度理论、刚度理论、能量理论及失稳理论等等。
强度理论是通过建立围岩内部应力与围岩强度间的特定关系来判断岩爆是否发生及发生的强烈程度。
强度理论包括理论公式例如格里菲斯理论、剪切理论，以及根据工程实践总结出来的经验公式[4, 5]。
强度理论具有直观、便于应用的特点，但由于它仅考虑岩石强度因素而不考虑岩石的变形特性，因而显得有些片面。
刚度理论是根据普通试验机压缩岩石产生动力破坏的现象提出的。
A. M. Linkov [6]等提出，岩石发第3期 王耀辉等：岩爆破坏过程能量释放的数值模拟生动力破坏现象的条件之一为 N C > （1）式中：N 为被加载岩石的软化刚度；C 为加载系统的刚度。
刚度理论指出了岩爆发生过程中能量转移的变化，在实践中较多地应用于冲击地压和矿坑岩爆问题。
然而这一理论仅仅考虑了加载与被加载系统之间变形特性（刚度）的对比，没有考虑加载与被加载系统之间所转移能量的大小，因而无法用来对围岩的动态破坏过程进行准确分析。
能量理论[3]认为，岩体-围岩系统在力学平衡破坏时，所释放的能量大于所消耗的各种能量之和时，岩爆就有可能发生，其判别式为S ED d d d d 1d W W tt W dtαβ⎛⎞⎛⎞+⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠> （2） 式中：E W 为围岩系统所存储的变形能；α为围岩系统的能量释放系数；S W 为煤体存储的变形能；β为媒体储存能量的释放系数；D W 为消耗于煤体与围岩交界处和煤体破坏阻力的能量。
从形式上看，式（2）是应用于岩体与煤体的相互作用，但它所体现的是根据岩体破坏过程中各种能量的释放速率与消耗速率的比较，从而判断动力破坏可能性的方法，具有普遍指导意义。
此外，式中采用由经验确定的系数α和β来描述这一过程显得过于粗糙，且无法表征围岩系统的动态变化过程。
如果能采用更加精确的方法，例如：数值计算来确定能量释放值，将使这一理论应用范围更加广泛。
基于能量释放与消耗的理论，也有学者提出了弹性能指数E W 和冲击能量指数B W 的概念，根据岩石试件抗压试验获得的加-卸载曲线来确定[7]。
岩爆发生的过程也可以看作是岩体力学系统的动力失稳过程，因此，各种失稳理论及模型也被应用于对岩爆的研究。
李玉、赵国景[8]运用Biot 表面失稳理论对脆性煤体自由表面处发生的煤爆破坏形式进行了分析；侯发亮等采用板梁-脆性弹簧的失稳模式研究了板裂结构的破坏[5]；章梦涛等在煤（岩）变形破裂机制的基础上，采用能量准则作为失稳理论的准则，提出了统一失稳理论[9]。
在应用失稳理论对岩爆进行研究时，将岩体结构视为一个系统进行分析，与传统的方法相比更为合理[10]。
但如何将理论应用于实际工程，就需要考虑围岩的结构特征、岩体的特性和开挖的顺序等因素。
同时，在工程现场进行各种物理现象的监测也可以作为判断岩爆是否发生的依据[11, 12]。
综合以上分析可知，研究岩爆现象时应将围岩结构当作一个系统整体考虑，同时还需要考虑岩体本身的变形特性和能量消耗特性。
基于这一思想，在本文的研究中采用数值计算的方法对岩体系统的应力状态变化、局部破坏的发展以及能量转换变化过程进行分析。
在计算中，需要考虑岩石本身的变形和破坏特性、岩体的初始应力状态、围岩的结构形式以及现场的开挖方式和速率。
通过这种计算分析可以较准确地了解能量释放及消耗的幅值以及速率、岩体破坏的部位，并在此基础上对岩爆产生的可能性做出评价。
2 岩体的变形及破坏岩石的变形及破坏特性，尤其是在其应力峰值附近的特性，是判断岩爆是否发生的关键因素之一。
如图1所示，曲线II 代表一种脆性岩石的峰后变形特性，而曲线I 所代表的岩石的脆性相对较低[13]。
根据刚度理论的分析，II 型岩石在破坏过程中能较I 型岩石吸收更多的弹性释放能。
也就是说，II 型岩石由于弹性能释放而产生动力破坏的可能性较I 型岩石低[14, 15]。
另一方面，众多研究者通过室内和现场的试验也发现，岩石的变形特点、破坏类型与加载速率紧密相关[16, 17]。
如图2所示，岩石的峰值应力会随着加载速率的提高而增加。
图1 典型的岩石荷载-位移曲线Fig.1 Typical load-displacement curves of rock specimens图2 不同加载速率下的荷载-位移曲线[13]Fig.2 Load-displacement curves underdifferent loading ratesmm/s791岩 土 力 学 2008年大久诚保介根据安山岩试验的结果，提出了一种模型来表达岩石的各类峰值后特性，并同时考虑加载速率的影响[17]：****00***d ()()d 1()1n m mn a tm a t n λσλελσ⎫=∆⎪⎪⎪⎬=⎪+⎪∆=∆⎪⎭（3） 式中：*0/λλλ=，*0/σσσ∆=∆∆，*0/εεε∆=∆∆分别为规格化的柔度、偏应力及偏应变；0λ为初始柔度；0σ∆为强度（破坏偏应力）；当系数m 和n 取不同的值时，该模型可以相应地表达出应变硬化（0m <）、理想塑性（0m =）、应变软化（0m >）及脆性（1m n =+）的峰值后特性，如图3所示，系数a 可以根据加载至应力峰值的时间0t 求出。