爆破作用下岩石破碎理论模型的研究是促进爆破理论和技术发展的关键。通过建立合理的岩石爆破理论模型可以正确地再现爆破作用下岩石的破坏过程、揭示爆破作用岩石的破碎规律，为完善和发展爆破理论、提高爆破设计技术提供理论依据。因此，长期以来岩石爆破破碎理论模型的研究一直是岩石动力学和岩石爆破研究领域的一个热点问题，并且日益受爆破学术界和爆破工程设计技术人员关注。

　　岩石爆破破碎模型包括两类模型，即经验模型和理论模型。前者建立在经验公式上，适用于一定范围的具体工程设计和参数优化；后者是建立在爆破作用理论机理基础上，普遍适用各种爆破计算和分析。

　　纵观岩石爆破理论模型及数值计算研究的发展历程，可将其分为弹性理论阶段、断裂理论阶段、损伤理2岩石爆破理论模型研究发展历程与现状2.1弹性理论阶段弹性力学模型将岩石视为各向同性的均质、连续的弹性体，岩石在爆炸荷载作用下的破坏是其应力超过应力极限引起的，在此之前，岩石是弹性的。具有代表性的有Harries模型和Favreau模型，Harries模型是建立在弹性应变波基础上的高度简化的准静态模型，Favreau模型是建立在爆炸应力波理论基础上的三维弹性模型。Favreau模型充分考虑了压缩应力波及其在各个自由面的反射拉伸波和爆生气体膨胀压力的联合作用效果，终以岩石动态抗拉强度作为破坏判据。

　　2.2断裂理论阶段随着断裂力学的发展，岩石断裂理论研究的深入，岩石中裂纹扩展及断裂破坏问题也渗入了爆破理型，是美国能源部组织研究的用于二维有限差分应力波计算程序SHALE中的岩石爆破模型，该模型是在Griffith裂缝传播理论基础上建立的，认为岩石中存在的微缺陷可以看作均匀分布的扁平状裂隙。NAG-FRAG模型认为爆破作用下岩石破坏范围及破坏程度取决于受应力波作用激活的裂纹数量和裂纹扩展速度，使用裂纹扩展临界应力作为开裂判据：=尤/（；*，：为裂纹扩展临界应力；为断裂韧性；为临界半径。该模型用一维爆炸波传播程序PUFF实现了爆破过程模拟。

　　2.3损伤理论阶段80年代初，美国Sandia国家实验室开始进行岩石爆破损伤模型的研究。1980年，Kipp和Grady提出了初的损伤模型，他们认为，原岩中存在大量随机分布的原生裂纹，在爆破作用下部分原生裂纹将被激活一裂纹将发生扩展，激活的裂纹数服从指数分布。并引入损伤参量乃表示这些裂纹开裂引起的岩石强度降低。由于该模型所依赖的一些岩石参数不容易测定使其应用受到限制，1985年Chen和Taylor将O"Connell关于损伤材料裂纹密度与有效体积模量、有效泊松比关系引入损伤模型，明确了损伤参量乃与以上各参数的关系。1987年，J.S.Kuszmaul在前人研究的基础上，提出了新的岩石爆破损伤模型一KUS模型。KUS模型认为岩石的抗压强度远高于其抗拉强度，岩石的动载破坏本构模型可分为两部分，当岩石处于体积压缩状态时，属于弹塑性材料，而处于体积拉伸状态时，发生脆性断裂。KUS模型在裂纹激活率和裂纹平均尺寸方面保持了Kipp和Grady公式，在损伤参量D与裂纹密度及有效泊松比等参数的关系处理上采取了Taylor和Chen公式，后以D形式出现在岩石拉伸应力一应变关系。

　　我国有关岩石损伤理论的研究较晚，直到80年代末期才开始研究以KUS模型为基础的损伤模型。

　　刘殿书等在KUS模型理论基础上建立了岩石爆破破碎过程的计算模型，修正了KUS模型中关于应力分量的计算理论和方法，从而纠正了KUS模型隐含的计算错误，运用大型二维有限差分计算程序对柱状装药在不同起爆条件下的破碎过程进行模拟。随后，杨小林在分析研究现有岩石爆破损伤模型和岩石损伤断裂理论的基础上，采用计算有效弹性模量的Taylor方法建立了一个新的岩石爆破损伤模型，提出了岩石在爆炸应力波作用下的损伤断裂准则。

　　2.4分形损伤理论阶段90年代，国内的谢和平等将分形几何的概念引入岩石的动态特性研究中，使爆破理论模型的研究又向前迈进了一步。1996年，杨军等根据KUS和Thorne等的研究，利用分形理论及其应用成果提出一种新的岩石爆破模型，该模型将岩体中的各种结构弱面视为初始损伤，以分形维数作为岩石性质的主要参量，并将损伤和分形纳入热力学框架，从而克服了以往模型中未考虑初始损伤和将损伤演化归结为体积应变函数的不足。

　　就目前来说，广为大家所接受的爆破理论关系模型主要就是损伤模型和分形损伤模型。

　　3现有理论模型分析探讨弹性力学模型解决了早期爆破物理模型无法定量的问题，将岩石简化为均质、连续、无任何缺陷的弹性体，虽然这种简化方式有利于裂纹和爆破块度尺寸的定量化，使得计算过程变得简单，但由于这种简化由于没有考虑到实际情况下岩石中必然存在大量的裂隙、节理和层理，而这些实际因素都对应力波的传播和岩石破碎块度有很大影响，因此，弹性模型有很大的局限性，仅适用于完整、坚硬的岩石。

　　断裂力学模型考虑了岩石中的裂纹扩展及断裂破坏问题，该模型将岩石视为含有微裂纹的脆性材料，与实际工程爆破中岩石的破坏情况更相似，相对于弹性力学模型而言应该是前进了一步。但断裂力学模型仍将裂纹周围看作是均匀的连续介质，因此，仅适用于宏观裂纹形成之后的断裂力学阶段，对材料开始劣化到宏观裂纹形成之间的力学行为和物理过程并未进行分析描述，有一定的局限性，其适用范围只限于有层理或沉积类岩石。

　　损伤力学模型对损伤的引入，从根本上揭示了岩石在爆破作用下破碎是岩石原有损伤聚集、发展的结果，对断裂力学模型而言又进了一步。但该模型仍然具有一些是不容忽视的问题，除了计算的困难外，还存在如下缺陷：首先，用裂纹密度方法解决损伤因子的确定问题，在模型中采取裂纹激活假设，忽视了岩石中普遍存在的节理、裂隙、微孔洞等天然损伤对爆破作用的直接影响；其次，未考虑爆生气体对岩石的损伤和破坏作用，实际情况中，爆炸应力波对岩石形成的微损伤，在爆生气体的作用下会进一步发展，因此，爆生气体对岩石的损伤和破坏是不容忽视。

　　损伤力学模型适用于各类岩石，相对于弹性模型和断裂模型在模拟岩石性质方面更加合理且接近实际，尽管还存在一些问题，在岩石爆破理论研究中该模型仍被广泛接受和采用。

　　分形损伤理论模型将分形几何的引入损伤理论模型中，使节理、裂隙等宏观弱面能以分形维数的形式在爆破模型中得以体现，不仅考虑岩石原始损伤的影响，还将损伤演化过程的能量耗散联系起来，而且利用分形维数与破碎块度的关系能够实现爆破块度预报。但有关岩石内部分形维数计算还不成熟，损伤过程的分形与能量耗散的有关试验参数也不易获得，使得该模型的应用范围受到了很大限制，但随着研究的进一步深入，该模型将会得到更广泛的应用。

　　4爆破理论模型研究发展趋势研究岩石爆破理论的目的在于实现对爆破效果的有效控制，获得理想的爆破效果，为此，人们会不断探求更为优秀的爆破模型。而岩石爆破的损伤力学模型被认为是代表了爆破模型的新研究水平和方向，因此爆破模型的发展应以该模型为基础进行完善，或者引入新的理论。从实际应用效果来看，现有爆破理论模型都存在着许多不足之处，都需要进一步地改进和完善。对现有爆破模型的改进也是爆破理爆破作用下岩石的力学响应特征，通常与空隙、颗粒、基质裂纹等细观尺度的基本要素相联系。岩石的初始损伤在很大程度上控制着岩石的破碎过程，必须充分考虑初始损伤对损伤演化过程中的影响，而这正是当前很多爆破模型所忽略的。如何恰如其分地将初始损伤引入岩石爆破理论模型，这也是以后的爆破理论模型需要解决的。

　　通常认为爆破作用下岩石破碎是爆炸波和爆生气体共同作用的结果。首先在爆炸波的作用下炮孔壁将产生大量的新裂纹同时也会造成原始裂纹的扩展，随后爆生气体的准静态压力使径向裂隙沿一个或数个方向发展成为主裂纹，而主裂纹的扩展正是宏观断裂的表现。由此可见，岩石爆破过程同时存在着损伤和断裂两种缺陷的累积和发展，并不能完全归结为损伤演化的结果。所以，如何将损伤与断裂有机地统一起来，是爆破理论模型迫切需要解决的问题。在这方面，我国学者刘红岩进行了尝试，提出了综合考虑损伤和断裂的岩石爆破破坏力学模型。

　　岩石爆破模型经历了不同的发展阶段，其理论基础表明了它与固体力学的紧密关系，但是借用固体力学等建立的确定性计算模型，仍然难以表征复杂的爆破系统。所以，要进一步完善岩石爆破理论模型，必须引入新的科学理论。近年来，爆破理论模型研究一个值得注意的趋势是将非线性科学理论的一些研究方法引入爆破理论的研究中，如利用分形、逾渗、混沌等理论研究材料的损伤演化及破碎规律。其中值得关注的有：中国矿业大学的金乾坤博士认为，采用逾渗理论来描述岩石爆破损伤断裂这一动态过程是可行的，并提出了进一步可能的研究途径；中南大学的喻长智博士运用混沌理论对岩石爆破破碎进行了研究，分析了在混沌理论基础上建立岩石爆破理论模型的优势。这些都是非线形科学理论方法在爆破领域的有益尝试，说明了非线形的方法已日益受到研究者的重视，而这也将是未来爆破理论模型研究的发展方向。

　　5结语爆破作用下岩石破碎理论研究，建立正确的理论模型是问题的关键，现有的理论模型都存在一定的缺陷，不能满足工程爆破设计的要求，需要在各自的基础上进一步发展和完善。而合理的岩石爆破理论适应连续化生产的小直径乳化炸药配方研究高铭1郭乃德2孙玉华1秦广艺1 1煤炭科学研究总院爆破技术研究所，安徽省淮北市，235039 2南京东海化工厂，江苏省南京市，211133决了快速发泡与连续生产线的匹配问题。炸药物理形态可由软到硬，既适应全自动塑膜装药机又能满足半自动蜡纸管装药机的装药要求。

　　1引言乳化炸药因其具有高安全性、高抗水性、无毒和较高的爆炸性能等优点，已被广泛应用于工业爆破工程中，其中使用小直径药卷乳化炸药，由于具有掘进成本低、速度快，对围岩破坏小等优点在我国发展很快。但目前国内常见的小直径乳化炸药在配方设计中往往强调提高乳化炸药的爆炸性能和贮存稳定模型，必须充分考虑到岩石中原始裂纹、节理等对爆破作用下岩石破碎的影响。因此，如何将分形等非线性理论引入岩石爆破理论模型间可能是近阶段岩石爆破理论模型研究的重点。