深埋岩石洞室在应力波荷载作用下的破坏效应对于核试验工程、国防和民防工程及其它抗爆抗震 工程的防护设计和效应分析具有重要意义。国内外通过核试验、大型化爆试验、小型模拟试验、材料 特性研究、理论解析、数值模拟等方法取得了一些研究成果，但满足不了工程定量预测的需要。现有 的爆炸试验成果非常零散，系统性和规律性不强，洞室破坏和稳定性的分析计算主要基于经验类比法， 数值模拟很少有人研究到破坏阶段，更不用说不同条件下的破坏历程和变化规律。 本文基于核试验工程实际观测资料，采用现场试验数据综合分析、小比例化爆模拟实验和岩石脆性破 坏模型的三维动力有限元数值模拟的方法，研究了深埋岩石洞室在爆炸应力波荷载作用下随着各种条 件的变化而发生的破坏效应。 根据核试验洞室工程破坏现象和相关力学条件，总结了洞室宏观破坏的一般图象、变化特征和影 响因素等规律，编制出新的洞室破坏分区表，可供类似条件下的工程概略设计与分析使用。 水泥砂浆材料小比例化爆模拟实验表现了完整多孔硬岩中洞室应力波破坏的特征，是对核试验成 果的有益补充。水泥砂浆中洞室破坏方式表现为压垮、围岩强烈塑性变形和产生裂隙，洞室稳定性比 裂隙硬岩中要好，存在口部加剧效应和多洞相互作用。 扫描电镜试验表明洞室微观损伤破坏变化规律与宏观破坏现象是一致的，可以用水泥砂浆中的砂 粒是否明显破坏作为洞室发生宏观严重破坏的微观标志。根据微观损伤特征，可以看出洞室破坏随比 例距离、洞室轴向、断面形状和尺寸的变化趋势。同等条件下，直墙拱形洞室比圆形洞室破坏严重， 大洞室比小洞室破坏严重，且应力波从侧向作用的洞室比应力波沿轴向作用的洞室、直墙拱形洞室比 圆形洞室的尺寸效应强烈。 在数值模拟研究中采用了核试验实测经验应力波规律和能表现材料破坏后性能劣化及脆性破坏非 连续各向异性发展的材料模型，建立了适用的洞室工程破坏准则，编制了动力有限元参数化分析的计 算程序，计算了大量模型的洞室破坏历程和最终工程状态，工程实例计算表明数值模拟方法是合理可 行的。通过数值模拟研究了荷载特征参数以不同方式变化、洞室大小、形状和轴向不同以及存在围岩 松动圈、岩体各向异性弱化时和水饱和岩体中洞室受应力波破坏的效应。 数值模拟表明：其它条件相同，洞室破坏程度随比例距离非线性地单调变化，在破坏方式有明显 改变时洞室破坏形态会突变。当量、作用时间、洞室轴向、围岩松动圈、各向异性围岩弱化及岩体水 饱和因素对洞室破坏的影响与荷载量级有关，当荷载较低时与荷载较高时影响效果不同，有时截然相 反。 洞室尺寸加大会使破坏态势改变，破坏加剧。抗水平爆炸应力波作用，矮墙拱顶形洞室比高墙拱 顶形有利。药量立方根几何相似律对岩洞破坏是不成立的。在载荷较高时，当量愈大洞室破坏愈重， 载荷作用时间越长洞室破坏愈厉害。围岩松动圈能使围岩拉应力状态削弱、压剪性破坏增强。围岩定 向弱化能明显改变洞室破坏态势，弱化方向的影响非常突出。水饱和岩体中的洞室在应力波较强时比 干花岗岩中破坏强烈，但应力波较弱时却相反。 现场试验、化爆模拟试验和数值模拟研究都充分表明，简单笼统地采用等效比例距离法进行岩洞 抗爆设计与分析是不合适的。通过数值模拟可见，一旦洞室可能发生明显的破坏特别是较严重的破坏， 用准静力方法分析围岩破坏状态是不准确的。 化爆模拟实验和数值计算都表明，在一定的载荷量级以下，对本来可能严重破坏的洞室进行全断面钢 板衬砌加固是有效的。 总之，本文在深埋岩石洞室抗应力波破坏效应研究方面取得了一些进展，对相关工程防护设计与 分析具有实际意义。今后将在进一步模拟洞室破坏的真实物理过程方面和洞室抗内爆炸破坏效应方面 继续加强研究。 关键词：岩石洞室 核爆炸 应力波 破坏 损伤 现象学 数值模拟 模型试验 扫描电镜