耦合SPH和FEM是一种有效岩石爆破损伤的数值模拟方法。本文建立了爆破损伤本构方程和爆破过程的SPH-FEM耦合算法,并利用此本构方程和SPH-FEM耦合法对无结合面和有结合面的2种岩石模型的数值模拟计算分析,研究获得了爆生裂纹发育规律和爆生气体对岩石的作用方式、过程和效果。研究结果表明:高压爆生气体先后经历高压膨胀并冲击孔壁、反射、再压缩、再膨胀冲击孔壁、再反射的反复过程,由此形成一系列膨胀波对岩石孔壁进行多次冲击;岩石内微裂纹的生成过程存在着7个关键时间节点,爆生气体对裂纹的发育和生长有4方面的影响:1)直接冲击孔壁形成破碎区和主要的径向裂纹;2)驱动这些径向裂纹生长;3)形成的应力波在岩石内部形成裂纹;4)应力波在岩石外表面反射和叠加形成裂纹并造成表面剥落。径向裂纹的生长速度要慢于应力波的传播速度,且其生长取决于4个影响因素。

国家自然科学基金项目(51304006)；安徽省自然科学基金项目(1408085QE87)；安徽理工大学青年骨干培养基金项目(20120012)；