Page 123 - 《爆炸与冲击》2025年第12期

第 45 卷 汪 腾，等： 基于不同本构模型下的白砂岩动态力学性能仿真分析与实验验证 第 12 期

的一致性。此外，能量传递的主要过程是由应力波的传播和边界条件控制的，而 3 种模型均基于同样的
应力波动理论进行建模，且在加载路径和材料边界条件一致的情况下，波形的反射与透射规律表现出类
似的能量传递特性。因此，3 种本构模型的能量吸收与耗散的表现差异较小。
用同样的方法可绘制出双轴和三轴状态下不同本构模型的能量演化时程曲线，在此只对单轴状态
下的不同本构模型进行对比，具体能量参数见表 6。
3.4 损伤对比
图 17 为 3 种冲击状态下白砂岩实验损伤图，单轴状态下白砂岩试件在 x 方向基本无损伤出现，在
z+方向上出现 V 形损伤特征。双轴状态下白砂岩试件在 x 方向与 y 方向上基本无损伤出现，在 z+方向
上出现少量损伤。三轴状态下白砂岩试件无损伤出现。

(a) (20 MPa, 0, 0) (b) (15 MPa, 15 MPa, 0) (c) (5 MPa, 5 MPa, 5 MPa)

图 17 不同状态下白砂岩试样的冲击损伤
Fig. 17 Impact damage of white sandstone specimens in different states
图 18 为数值模拟损伤云图，从图中可以直观地看到不同本构模型所产生的损伤裂纹。图 18(a) 为
RHT 本构模型损伤云图，单轴状态下损伤先从 z 方向表面开始发生，随后从两边呈 U 形向中心拓展，但
试件并未完全断裂，由于 y 方向和 z 方向上无预应力存在，损伤均发生在 y 面和 z 面。双轴状态下对白砂
岩试件 x 方向和 y 方向施加预应力，损伤首先从 z 方向开始，出现碎片剥离现象，损伤程度较低。三轴状
态下，试件未发生任何损伤。图 18(b) 为 HJC 本构模型损伤云图，单轴状态下损伤先从中心部分产生，随
后从两边呈 V 形向外部拓展，HJC 本构模型所产生的应力集中现象明显，试件从中间开始发生损伤，造
成了试件的断裂。双轴和三轴状态下，试件的损伤情况与 RHT 本构模型的损伤情况一致。图 18(c) 为
CSCM 本构模型损伤云图，单轴状态下损伤先从 y 面和 z 面的中心处产生，随后向内部开始拓展，试件并
未发生断裂。双轴状态下，损伤则先从 z 面边缘处产生，随后呈 45°方向向中心衍生。三轴状态下则未发
生损伤。
基于上述结果可知，单轴状态下 RHT 本构模型的损伤特征为 U 形损伤，HJC 本构模型的损伤特征
为 V 形损伤，而 CSCM 本构模型则从表面中心处开始发生损伤，RHT 本构模型与 HJC 本构模型的损伤
特征与实验结果更相似。RHT 本构模型和 CSCM 本构模型在单轴状态下试件并未发生断裂，HJC 本构
模型试件从中心位置发生断裂。RHT 本构模型和 CSCM 本构模型对岩石的损伤有较好的描述，能更好
地反映岩石在受力过程中变形和抵抗断裂的能力。HJC 本构模型在某些情况下对岩石的损伤预测过
低，导致在模拟中岩石更容易从中间断裂。同时，RHT 本构模型和 CSCM 本构模型在处理应力集中方面
更为有效。在试件受到外部载荷时，会在试件中间区域出现应力集中。RHT 本构模型和 CSCM 本构模
型能够更好预测应力。RHT 本构模型通过对剪切破坏与压溃破坏的耦合建模，结合动态增强效应与损
伤演化规律，从机理层面准确描述了白砂岩在围压条件下的动态破坏行为。RHT 本构模型引入了压溃
面来表征岩石在高围压下的孔隙闭合和体积压缩效应，同时通过剪切面与压溃面的耦合关系，动态调整
岩石在不同围压条件下的屈服准则，反映剪切破坏向压溃破坏的过渡过程。此外，动态增强因子的引入
有效描述了高应变率加载下白砂岩的强度增强效应，而损伤演化参数则表征了材料从弹性到塑性再到
破坏的全过程 [24] 。白砂岩作为典型的沉积岩，其破坏行为对围压和动态加载高度敏感，RHT 本构模型通

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