随着地下资源开采和国防防护工程的深度不断增加,处于地应力环境中的岩体在爆炸、高速冲击等作用下的动态响应过程非常复杂。现阶段,围绕这一问题的研究主要集中于改进分离式霍普金森压杆(SHPB)实验和被动围压下的爆炸实验,针对主动围压和爆炸耦合作用下岩石破坏机制的研究工作并未得到系统地开展。本文采用理论分析、实验测试和数值模拟相结合的方法对主动围压和爆炸作用下岩石的变形特征、破碎过程和损伤累积等进行了系统的研究工作,主要研究内容和结论包括:(1)建立“围压+爆炸荷载”动静加载实验平台。采用液压加载系统提供静态双轴主动围压,通过采用压力传感器、传动系统等提高所施加压力的稳定性。选取小直径太安(PETN)药柱和低能导爆索,通过耦合和不耦合装药结构来调节爆炸荷载。基于爆炸应力波传播过程和试件尺寸效应分析,设计“双片”试件结构以消除应力波在应变测试面产生的反射拉伸作用。利用超动态应变仪、高速摄像系统和数字相关算法(DIC),对岩石内部变形及裂纹扩展过程进行观测。(2)对均匀围压和爆炸加载下岩石的动态响应研究发现:初始围压在圆柱试件的环向形成压应力,减弱了爆炸应力波在环向产生的拉伸破坏。破碎区半径、裂纹数目和裂纹几何尺寸随围压增大显著减小。随着应力波向边界传播,其强度降低,围压对径向裂纹的止裂作用增强。同时,结合弹性力学和柱面应力波理论分析,得出围压在中心孔壁处产生环向压应力,减小了爆炸形成的拉伸破坏范围,这一结论与实验结果相符。通过数值模拟研究发现,爆炸加载下岩石的Von Mises应力场随围压的升高而增大,环向拉伸破坏随围压的升高而减弱。(3)对偏围压和爆炸作用下岩石的动态响应研究发现:偏围压在孔壁局部处产生环向集中应力,在叠加爆炸加载后,试件环向拉应力增大,并产生定向的径向裂纹。在侧压力系数(K)为0时,偏围压在孔壁的垂直方向形成拉应力,使爆炸加载下的径向裂纹集中于垂直方向,裂纹长度和数目随K增大而递减。K>0.5时,偏围压在孔壁处形成的环向拉应力消失,爆炸后径向裂纹的定向扩展规律不显著。在数值模拟结果中,偏围压下裂纹的生长规律和最终形态与实验结果基本一致。(4)对重复爆炸实验研究得出:在前几次爆炸加载下,岩石试件主要发生弹性变形,应变在达到峰值后恢复到初始状态,岩石内部损伤较小。随着爆炸加载次数增加,中心孔附近区域逐渐产生塑性变形,岩石内部的微孔洞和微裂隙开始萌生、合并、延伸,岩石产生了不可逆变形。在最后一次爆炸加载后,变形突然增大,微裂纹快速生长为贯穿裂纹,试件发生脆性断裂失效。(5)结合重复爆炸加载实验结果和损伤模型分析发现:采用应变来定义损伤度可以较好地描述岩石失效过程。损伤(D)在0～0.4,弹塑性变形会促使岩石微裂隙萌生,但对试件的整体力学特性影响较小。D>0.5时,在岩石的局部区域产生不可逆破坏,内部损伤随加载次数递增,但试件保持整体完整。D>0.6时,损伤累积超过岩石极限,裂纹快速扩展造成岩石脆性断裂。同时,在前期爆炸加载下,岩石以弹性变形为主,应力值较小。在后期重复爆炸下,岩石产生大量的不可逆变形,应力在到达峰值后快速回落。(6)在爆炸冲击作用下,岩石的破坏过程不仅和其强度有关,也和加载时间(或加载次数)紧密关联。由于爆炸在岩石中产生应力波作用时间较短,在岩石内部的损伤(微缺陷)没有足够时间累积、汇聚,导致单次加载下试件不会发生整体宏观破坏。在多次加载下,损伤程度和范围逐渐增大,最终导致试件破碎。另外,初始均匀围压在试件中形成的压应力,会压缩岩体内天然空洞和微裂纹等缺陷,提高晶粒间致密程度,可以有效地阻碍微裂隙生长,进而减缓损伤累积速度,使试件整体强度提高。