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(大连理工大学 土木工程学院，辽宁 大连 116024)

1 研究背景

随着采油工程、采矿工程、地下工程和防护工程的发展，岩石等非均匀材料的动力特性在理论研究和工程应用中越来越受到重视。岩石作为一种非均匀脆性介质，其内部常分布大量的节理、裂隙等各种裂纹缺陷，这些原始裂纹缺陷在外部荷载作用下扩展、延伸和贯通，导致岩石的宏观变形与破裂。相关研究包括：刘磊等[1]采用自编有限元程序对含不同预置角度穿透裂纹板受动态拉伸荷载进行了数值模拟，研究了不同幅值载荷和预置裂纹角度对裂纹扩展的影响；黄凯珠等[2]研究了双轴作用下不同几何分布和不同围压的断续预置三裂纹的萌生、扩展和贯通机制；杨圣奇等[3]基于试验结果研究了不同围压下断续预制裂纹粗晶大理岩的变形和强度特性；J.S.Hawong等[4]采用Homalite-100模型试样，研究了岩石类脆性材料在动态双轴加载情况下的裂纹扩展问题。由于岩石具有明显的非弹性、各向异性、不连续性和多节理裂隙性等特点，在考虑惯性效应情况下，作为理论基础的应力波理论必须作出特定的限制[5]。从断裂力学的角度来看，在应力波与介质中的天然裂纹相互作用时，如果裂纹尖端的应力强度因子K达到材料抵抗动态断裂的韧性指标——断裂韧度Kd(仅对Ⅰ型裂纹而言)时，材料就会开始失稳而产生新的裂纹[6]。由于断裂力学采用连续介质力学方法，对于岩石这种非均匀材料，其结论往往具有局限性，不能很好地揭示岩石在动荷载作用下所表现出的一些重要特征。……