防護工程技術(shù)的幾點展望 防護工程主要包括國防軍事工程和人民防空工程，防護結(jié)構(gòu)一般為著上環(huán)境地埋 沒或半埋沒的地下結(jié)構(gòu)，用于抗御常規(guī)武器沖擊爆炸的局部和整體破壞作用，及核武 器爆炸的殺傷破壞效應。所承受的沖擊爆炸荷載是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本荷載。防護工程學 科是系統(tǒng)工程。爆炸力學、彈塑性動力學、計算力學，巖土工程。結(jié)構(gòu)工程、材料學 計算機技術(shù)和實驗理論與技術(shù)等交叉的邊緣學科。其技術(shù)的發(fā)展受到國內(nèi)外政治經(jīng)濟 形勢、軍事理論、武器裝備和工程科學技術(shù)發(fā)展的制約和影響。防驢工程技術(shù)涉及廣 泛的領(lǐng)域，現(xiàn)簡述幾點展望。 一、 武器效應與工程防護 未來的戰(zhàn)爭樣式，將是核武器威懾下的高技術(shù)常規(guī)戰(zhàn)爭。武器效應與工程防護是 防護工程技術(shù)研究的基本內(nèi)容。隨著新的塑性裝藥、聚能穿甲裝藥和爆炸性演化氣體 裝藥等新型常規(guī)武器的發(fā)展，及制導武器命中精度的提高，需要發(fā)展其破壞機理與效 應的理論和實驗研究。在確定武器破壞效應、工程損毀概率與人員設(shè)備損傷標準之間 的定量關(guān)系的基礎(chǔ)上人建立新的工程破壞的概念和相應的防護標準，從而發(fā)展新的防 護技術(shù)與措施。改善防護遮彈層的材料和構(gòu)造特征，是被動式抗直接命中的遮彈層正 在發(fā)展的途徑。這要求提高高強。鋼纖、鋼包、浸漬砼等材料的材性，并研究各種新 的高強復合材料。改善遺彈層的前面輪勵、空間幾何構(gòu)戍及采用新的抗沖擊的故體耗 能材料和剛?cè)釓秃蠘?gòu)這，可以減小直接命中彈丸的沖擊爆炸破壞概率和效應。發(fā)展高 科技的遮彈層主動防護技術(shù)，是抗常規(guī)武器直接命中新的發(fā)展方向。采用傳感、自控 技術(shù)與爆炸力學的理論和實驗相結(jié)合，可使來襲武器提前損毀或主動削弱其效應。為 了適應高技術(shù)常規(guī)戰(zhàn)爭戰(zhàn)區(qū)工程構(gòu)筑的需要，要求利用材料科學的研究成果，發(fā)展多 種輕質(zhì)高強復會材料、復合結(jié)構(gòu)和裝配式移動多用途結(jié)構(gòu)，以及滿足戰(zhàn)場機動要求的 快速施工技術(shù)及快速修復技術(shù)。 核武器空中爆炸沖擊波研究，期望進一步考慮炸后介質(zhì)物理變化過程夏真實的狀 態(tài)方穆，改進空爆時特別是馬赫反射區(qū)和過渡反射區(qū)的理論分析與模擬試驗研究。核 武器地爆或觸地的巖土中強爆炸波的傳播，需要更深入地體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與巖體的物理力 學特征和工程地質(zhì)特征，建立更符合告體真實狀態(tài)的強沖擊脈沖荷載下的本構(gòu)關(guān)系， 并發(fā)展相應的數(shù)值分析方法。對于已建的重要地下防護工程，則應發(fā)展各種折的防核 加固技術(shù)。 二、 巖上中爆炸波及與結(jié)構(gòu)的動力相互作用 這一領(lǐng)域主要涉及反映巖土宏觀性質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系，分析計算方法及巖土結(jié)構(gòu)交界 面的工作條件等諸方面。已建立的各種粘彈塑性本構(gòu)模型，基本是以靜力試驗結(jié)果為 基礎(chǔ)的，數(shù)值分析方法也多基于連續(xù)介質(zhì)力學。由于巖土體是多相多組分介質(zhì)，實際 巖體廣泛存在各類大小軟弱結(jié)構(gòu)面。建立新的理論本構(gòu)模型，可以發(fā)展強沖擊高應變 速率下考慮裂隙節(jié)理的各種斷裂損傷模型；探討將理性力學、不可逆過程熱力學引入 巖土工程，研究基于現(xiàn)代混合物理論的統(tǒng)一理論模型。本構(gòu)關(guān)系所研究的另一方面， 是直接利用動力試驗的實測數(shù)據(jù)，建立數(shù)值型本構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)庫。將新的本構(gòu)模型應用 于工程實際，還必須選擇適當?shù)挠嬎銋?shù)，解決溝通模型參數(shù)與通常的工程參數(shù)之間 關(guān)系的問題。相應的數(shù)值分析方法，已發(fā)展了有限元、隨機有限元、離散元法等。現(xiàn) 正將斷裂力學、損傷力學的研究成果引入離散化的計算分析，并期望進一步發(fā)展基于 非連續(xù)介質(zhì)力學和微結(jié)構(gòu)介質(zhì)力學分析方法。如何處理巖土與結(jié)構(gòu)交界面的工作條件， 新的研究方向是將交界面作為較嚴格的接觸問題來研究。這類接觸非線性有彈性和彈 塑性接觸問題，需要運用變分不等式，拉氏乘子法或數(shù)學規(guī)劃等技術(shù)求解。從工程實 用的目的研究動力相互作用的另一途徑，是在工程簡化條件下，利用波動力學和基于 宏觀效應的“拱效應”分析法，給出便于工程應用的簡易的解析表達式。 三、 防護結(jié)構(gòu)動力計算與設(shè)計 防護結(jié)構(gòu)動力問題的加載和響應，一般在秒量級內(nèi)發(fā)生，構(gòu)件極限延性比可達5? 10或更大。發(fā)展地下防護結(jié)構(gòu)分析的工程實用方法，需要在簡化行波加載特點、地面 建筑影響、動力相互作用及材料裂縫開展過程等因素的基礎(chǔ)上，給出結(jié)構(gòu)按整體分析計 算的應用結(jié)論。對于結(jié)構(gòu)承受瞬態(tài)荷載的沖擊爆炸作用，期望更一步解決振動與波動問 題復合的結(jié)構(gòu)動力學問題。關(guān)于防護結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析法，已發(fā)展了多種離散化分析方法。 但大多以應力參數(shù)為基本多數(shù)，現(xiàn)已不能適應大變形結(jié)構(gòu)分析的需要以致使計算失敗， 而應進一步發(fā)展以應變參數(shù)為基本參數(shù)的分析法。在防護工程設(shè)計可靠度理論方面，要 求建立構(gòu)件抗彈丸侵徹貫穿和震塌等局部作用設(shè)計的可靠反理論。另一方面承受爆炸荷 載整體作用的巖上中防護結(jié)構(gòu)設(shè)計，由于非隨機不確定因素增多，非線性特征增強，統(tǒng) 計數(shù)據(jù)缺乏，給發(fā)展概率設(shè)計法增加了困難。 這需要利用有限的統(tǒng)計資料，綜合結(jié)構(gòu)分析的研究成果，建立接近工程實際的計算 模型，并進行工程校準和隨機誤差分析。如果工程考慮對核武器多種效應的綜合防護， 還應在系統(tǒng)分析基礎(chǔ)上，對各種效應合理分配可靠度指標，再進行結(jié)構(gòu)的概率設(shè)計。 此外，發(fā)展防護工程設(shè)計的cAD技術(shù)，鼗是提高工程設(shè)計質(zhì)量和效率的重要途徑。 四、 計算機模擬與物理實驗 新興計算機仿真模擬試驗與物理實驗相結(jié)合，是防護工程實驗研究發(fā)展的重要 趨勢。相應于巖土工程介質(zhì)本構(gòu)模型的發(fā)展，沖擊爆炸短時動力學數(shù)值分析法的發(fā)展， 以及計算機數(shù)值圖形顯示技術(shù)與圖象技術(shù)的發(fā)展，為開拓防護工程的計算機模擬技術(shù) 領(lǐng)域提供了前提條件。 巖上介質(zhì)中爆炸波與結(jié)構(gòu)相互作用研究進展 一、刖言 防護結(jié)構(gòu)一般為巖土環(huán)境中埋設(shè)或半埋沒的地下結(jié)構(gòu)。主要抗御常規(guī)武器沖擊爆 炸的局部和整體破壞作用，及核武器爆炸的殺傷破壞效應，所承受的沖擊爆炸荷載是 結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本荷載。因此巖土中爆炸波與結(jié)構(gòu)相互作用的研究是防護結(jié)構(gòu)設(shè)計最重 要的課題之一。正是由于這一課題的復雜性，其很多問題還沒有得到滿意的研究成果。 在研究爆炸波與巖土介質(zhì)中結(jié)構(gòu)相互作用時，選用哪一種模型，雖然主要取決于實際 研究介質(zhì)的性質(zhì)，但也往往取決于所求解的爆炸波動問題的特點。因此同一種介質(zhì)。 在某一類爆炸波動問題中選取的模型與在另一類爆炸波動問題中選取的會不一致。雖 然目前爆炸作用的不少問題的確定是基于很簡化的粗略的能量考慮，但是爆炸與介質(zhì) 中結(jié)構(gòu)的相互作用的進一步發(fā)展顯然離不開在系統(tǒng)他的試驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的爆炸波動學 問題的求解。介質(zhì)模型是在歸納宏觀試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上建立起來的。建立連續(xù)介質(zhì)模 型的最一般形式的普遍原理是由衛(wèi)，N：謝多夫提出的［1-2］。由于巖土是多相多組分 介質(zhì)，實際巖體中廣泛存在各類大小軟弱結(jié)構(gòu)面，并非所有的巖土介質(zhì)中爆炸波與結(jié) 構(gòu)相互作用都能根據(jù)以連續(xù)介質(zhì)力學為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)事先計算和分析出來。因此爆炸波 與巖土介質(zhì)中結(jié)構(gòu)的相互作用問題的研究領(lǐng)域非常之廣泛?？偟恼f來，包括三個方面 的問題：爆炸波在介質(zhì)中的傳播，爆炸波與介質(zhì)邊界的相互作用；爆炸波與介質(zhì)中的 淖礙物（包括結(jié)構(gòu)、洞穴等）的相互作用。 二、爆炸波在巖土介質(zhì)中的傳播 巖土中爆炸的一般效應是由爆炸波的傳播規(guī)律確定的。巖土中爆炸波的理論是在 過去40-45年中根據(jù)深入研究過的壓縮流體中波的理淪的成就以及很多前蘇聯(lián)學者在 這方面進行了系統(tǒng)的有成效的研究而建立起來的。但是波在這些介質(zhì)中傳播規(guī)律要 在液體中傳播復雜的多，這首先與塑性和粘性的存在密切相關(guān)。 在X.A.拉赫馬圖林，P，M，粱霍夫，C. C.格里哥揚等人的著作中［3-20］，對 巖土中波動過程進行了理論上的研究，同時還應用了各種考慮介質(zhì)彈性和塑性的模型。 土中爆炸波實驗研究的綜合成果，以及根據(jù)線彈性，菲線彈性和彈塑性介質(zhì)模型所得 到的有關(guān)波的傳播及其與障礙物相互作用的一維問題的一系列解答已在著作［17-20］ 中給出。［21］根據(jù)［20］實驗結(jié)果，發(fā)展了著作［17, 20］的原理和方法，從粘彈性介質(zhì) 和粘塑性介質(zhì)模型出發(fā)對波動過程進行了研究。這一系列基于連續(xù)介質(zhì)力學的研究成 果，可以說達到了相當完善的程度。筆者曾在［28 ］進行過介紹。 近年來，由于環(huán)境工程，地震工程及海洋工程等的實際需要，飽和水土（通常指 孔隙中含有水和少量空氣的土，空氣不與大氣連通，而是以某些氣泡的形狀處于封閉 狀態(tài)中）在動載下的動力特性越來越受到人們的重視。特別在國防、人防工程中，有 相當數(shù)量的結(jié)構(gòu)是構(gòu)筑在飽和水土中或之上的。在壓力稍大的爆炸波作用下，飽和水 土性能與非飽和水土（空氣含量很大，且與大氣連通的土）有很大的不同，試驗及數(shù) 值分析表明［21，23, 24］，當爆炸波在飽和水土中傳播時，它的波陣面速度，在波陣 面處的壓力和過于速度與空氣含量密切相關(guān)，因此，在飽和水土中，封閉空氣含量是 決定爆炸波傳播規(guī)律的基本要素。 目前，在飽和水土介質(zhì)中，短時波動過程的研究是以兩種方法為基礎(chǔ)的。 第一種方法是基于Biot［25-28］建立的理論，該法假設(shè)氣相的影響不大，將 三相介質(zhì)看作二相（液、固）介質(zhì)，氣相的曩響用一綜合的常系數(shù)加以表示，認為全 部空間被某些連續(xù)介質(zhì)所充滿，其中每一種介質(zhì)都相當于多組份介質(zhì)的一個組分，在 波動過程中，這些介質(zhì)發(fā)生相互滲透和相互聯(lián)結(jié)運動，在一般情況下，每一種介質(zhì)都 具有自身的速度和壓力。 第二種是以連續(xù)介質(zhì)中波動理淪建立起來的（OXB理論），該法假設(shè)多組分 介質(zhì)被看成連續(xù)介質(zhì)，它具有反映各組分的性和含量的，特殊的加壓和卸載方程式。 隨著對各組分特性及其動力變形規(guī)律考慮的完整程度的不同，這個方程式可能具有不 同的形式［20，21］。按照［21］建立的多組分介質(zhì)模型認為，介質(zhì)中各組分的壓縮規(guī)律， 像在自由狀態(tài)中一樣，氣體符合普阿松絕熱定律，固體和液態(tài)粒子材料符合切特方程 式，如果固態(tài)組分形成骨架，則研究壓力 （ 為骨架的有效壓力），在這 種情況下，根據(jù)各組分的壓縮性所確定的介質(zhì)壓縮性，顯得比骨架壓縮件要小些，隨 著氣態(tài)組分含量的減少，P’接近于大氣壓力，按照這個模型，介質(zhì)的變形是在荷載 施加的瞬間完成的。撮載與加載按相同的方程式進行，所有的組分內(nèi)壓力都是一個 這樣的模型相當于非線性彈性介質(zhì)。實驗研究［18-20 ］表明，該模型正確反映了多組 分介質(zhì)變形的基本物理規(guī)律，理論的主要結(jié)論是當氣態(tài)組分的含量有極小增加時，爆 炸波的衰堿即顯才地增長。與此同時，某些實驗資料----在沖擊波傳播過程中波陣面 上的突躍消失現(xiàn)象不能由此模型得到說明。［21］在此基礎(chǔ)上考慮了變形速率對介質(zhì)壓 縮性方程式的影響，給出的模型相當于非線性粘彈性介質(zhì)。 從兩種方法的假設(shè)不難得知它們均具有局限性，只能分別適合不同的特定情況， 不具有普遍性。近年來，有的學者嘗試用理性力學中的混合物理論研究三相飽合水土， 介質(zhì)。但這些講究工作中，有的引入的附加變量太多而使問題過于復雜［30］，有的人 為假設(shè)太多而缺乏理論基礎(chǔ)與實驗基礎(chǔ)［31］，有的則包含尚屬商榷的概念［32］，另一 些研究過程中將動力問題作為等溫過程，這與爆炸波作用下動力現(xiàn)象不相符合［33-38］ 因而均難用于爆炸波在飽和水土中的傳播規(guī)律的研究。 最近，筆者根據(jù)爆炸波在三相飽和土介質(zhì)中傳播的宏觀試驗結(jié)果［17-20, 37］,即 由于爆炸波的瞬時性，介質(zhì)間的熱交換可以不作考慮；固相與液相的粘性對爆炸波的 作用不敏感；熵的變化對壓力的影響不大；空氣含量是影響爆炸波在飽和土中傳播的 決定性因素。運用混合物理論（筆者在該理論運用到模型研究過程中，沒有考慮自由 能和化學勢的影響）建立起了較適合于爆炸波作用下三相飽和水土介質(zhì)的動力模型 ［38］，該模型假設(shè)： a,介質(zhì)間互不相溶，三相間無相變； b，液相和氣相分別看作牛頓液體與理想氣體， c，介質(zhì)是各向同性的，小變形； d，固相顆粒由于體變模量較大近似當為不可壓縮； e，介質(zhì)看作是絕熱過程，等熵運動。 根據(jù)該模型在一定的條件下，可以導出前述兩種方法的模型，這一方面貌明［43］ 所建模型的正確性，另一方面也說明目前廣泛使用的Biot理論及理論的局限性來由。 通過分析比較得出的主要結(jié)論是： 1. 對于Biot理論，由于它沒能考慮氣相變化規(guī)律的影響，不適合爆炸波作用下 三相飽和水土的動力分析，它一般通用于頻率較低的地震工程學問題的研究。另外值 得注意的是試驗［37］與理論計算［29］（用Biot理論）自相矛盾反過來說明，Bito 理論即使對完全飽和土（不含氣相）中的爆炸動力分析能否運用，也是值得商榷 的。 2, 對于理冶它適合于固相土顆粒強度的情況（K是固相上骨架的體變模量，K是固相 顆粒材料的體變模量）。對于忽略二維剪切效應的一維模型，既便在壓力較低的情況下， 為土骨架的有效壓力） 由于它考慮了氣相的重要影響，基本上也能反映了爆炸波在飽和土中傳播的動力現(xiàn) 象和規(guī)律。 運用混合物理論分析爆炸波在巖土介質(zhì)中傳播是一極其重要的研究趨勢。有關(guān)混 合物理論在地學中的運用的詳細理論可見［39-40］。 三、爆炸波與介質(zhì)邊界的相互作用 巖土介質(zhì)通常都是不均勻的，飽和水土和非飽和本土中的不均勻性表現(xiàn)在隨著距 自由表面的距離加大，濕度和密度都連讀增長，同時，介質(zhì)的壓縮性減小。在巖體中 的不均勻性廣泛存在于各類大小軟弱結(jié)構(gòu)面之中，包括節(jié)理囊隙，地質(zhì)斷裂構(gòu)透。爆 炸波在不均勻巖土介質(zhì)中的傳播其實質(zhì)是爆炸波與介質(zhì)邊界的相互作用。對于爆炸波 與飽和上和菲飽和土介質(zhì)邊界的相互作用，由許多學者，特別是前蘇聯(lián)學者，進行了 一系列的研究，理論分析［21］及試驗結(jié)果［37］均表明，爆炸波在飽和水土中傳播過程 中，有時土中應力隨深度增加而增加，郎所謂“倒衰減”，造成“倒衰減”現(xiàn)象的主 要原因是土體的模量隨深度增加，可以想象此類土體為無限多分層介質(zhì)所組成，應力 波在其中傳播時，遇下層剛度較大的土層時將產(chǎn)生反射，應力波在土層中層層反射， 因而土中應力隨深度增大。一個值得注意的是爆炸波作用下處在飽和水土剛壁上的荷 載問題，試驗結(jié)果［37］和理論計算［24］均表明，作用在飽和水土中剛壁上的荷載反射 系數(shù)甚大于2.0 o ［22］曾對爆炸波與介質(zhì)邊界的相互作用作過較詳細的描述。 對于用炸波與巖體中的節(jié)理裂隙和斷裂構(gòu)造斷層等介質(zhì)邊界的相互作用，由于 其復雜性而研究的不多.然而在天然地震的烈度衰減與場地效應調(diào)查和爆破地震效應 （包括化爆與核爆）觀測中都發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造的隔震效應的存在，人們?nèi)找骈_始重視在 爆破工程和抗爆工程中利用天然巖體中存在的斷裂構(gòu)造來削弱自由場地應力波的傳播 ［42］ 。 早在60年代國外就有人從理論和實驗上就節(jié)理裂隙對巖體性質(zhì)的影響做了一些 工作，［43］早就指出，應力波的衰減取決于裂隙的數(shù)量，寬度以及充填物的波阻抗， 在運用爆炸波通過節(jié)理裂隙透反射關(guān)系的研究中，比較有代表性的是［44-47］的工作。 近20年來，借助于斷裂力學，損傷力學及離散單元法研究爆炸波在節(jié)理裂隙中的傳 揪規(guī)律正掀起一個熱點［48-51］，從研究的情況看，這些方法遠不能說是成熟的，特 別是對動力問題還有待更深入細致的研究。建立新的動態(tài)本構(gòu)模型，溝通模型參數(shù)與 通常的工程參數(shù)之間的關(guān)系，發(fā)展強沖擊高應變速率下考慮裂隙節(jié)理的各種斷裂損傷 模型是今后研究爆炸波在節(jié)理裂隙中傳播的趨勢。值得注意的是將裂隙節(jié)理界面嚴格 按接觸問題來研究，并在計算中統(tǒng)一考慮交界面的各種可能工作狀態(tài)建立變分不等式 最后納入到數(shù)學規(guī)劃方法中去求解也是研究爆炸波與節(jié)理裂隙相互作用問題的重要途 徑［52-53］。 對于爆炸波通過斷層中類似透鏡體帶顆粒介質(zhì)的傳播規(guī)律，迄今為止，還很少有 人涉足，試驗研究表明［53］，應力波在顆粒介質(zhì)中傳播時，不僅取決于顆粒體間的填 充物和孔隙率（先暫不考慮液、氣相介質(zhì)的影響），而且極大的受顆粒體拓撲結(jié)構(gòu)及 顆粒體局部相互作用的影響，目前，可以用來反映上述影響的途徑大致有兩種：一是 離散單元法，另一種是微結(jié)構(gòu)連續(xù)力學分析法。 離散單元法起源于分子動力學，它是基于牛頓第二定律，根據(jù)每個顆粒與相鄰顆 粒相互作用的運動，建立運動方程并結(jié)合計算機圖形學技術(shù)求解顆粒材料變形的數(shù)值 方法。國內(nèi)外嘗得沿此方向做了大量工作［54-59］，迄今已發(fā)展了多種離散單元法（ 包括剛塊法，離散單元法，剛彈法等），現(xiàn)在國外學者試圖將離散單元法用于非連續(xù) 介質(zhì)的動力分析，包括強動載的模擬，應力波的傳播，巖塊破碎，爆炸運動及原子 沖擊、武器效應等，但從研究的情況看，還不能達到成熟實用的地步，特別是對爆炸 沖擊問題，離散單元法很難反映非連續(xù)顆粒之間的動態(tài)接觸現(xiàn)象。顆粒尺寸及能量逸 失情況。對于顆粒數(shù)目較多的非連續(xù)介質(zhì)，存在驚人的計算費用，而且在計算過程中 存在許多不確定參數(shù)，因此這一方法的有效性仍然取決于早期大量參數(shù)輸入的可信程 度。這正是這種方法需要深入研究的問題。相對于這一方面，微結(jié)構(gòu)連續(xù)力學分析方 法就顯得優(yōu)越了。 在微結(jié)構(gòu)連續(xù)力學模型中，顆粒體變形特性是通過微觀量（接觸力，接觸位移） 進行系統(tǒng)平均而得到的宏觀連續(xù)變量（應力、應變）來表示的。 國外許多學者在位方面進行了卓有成效的研究［60-66］，然而這些工作均假設(shè)： 顆粒運動過程中接觸點數(shù)量不變）沒有考慮兩顆粒體的轉(zhuǎn)動效應，同時認為應變是均 勻的。因此，它們僅滿足在低應力水平作用下，顆粒體拓樸結(jié)構(gòu)變化很小的變形范圍。 近年來，Chang ［67-71］發(fā)表了一系列關(guān)于顆粒材料力學的研究文章，已逐漸形成 了一套較系統(tǒng)的微結(jié)構(gòu)理論，在Chang的力學模型中，考慮了顆粒的平動，轉(zhuǎn)動，分 離和摩擦滑動，引進自適應分析方法（Self 一 Cosistent Method）處理了由于大變形 運動引起的非均勻應變場問題，然而這些研究工作均沒有涉及動力問題。 最近筆者對爆炸液通過顆粒介質(zhì)的傳播規(guī)律進行了初步研究，首先將顆粒與顆粒 及顆粒與周圍介質(zhì)問的相互作用看作固體力學的接觸問題，根據(jù)接觸動力學理論，給 出了若應力波的最大譜波長遠大于顆粒特征尺寸條件下的合理簡單動力接觸模模型 ［72］ 通過引進恢復系數(shù)給出了顆粒之間局部的彈塑性接觸力與位移的關(guān)系，系統(tǒng)導出了顆 粒介質(zhì)宏觀的彈塑性本構(gòu)關(guān)系［73］，結(jié)合顆粒介質(zhì)的邊值問題，采用變分方法導得了 顆粒介質(zhì)的動力方程，并將理論結(jié)果與實驗結(jié)果進行了對比分析，表明了良好的一致 性［74］，然而這些研究僅是初步性的。進一步的工作展開應該是對接觸恢復系數(shù)進行 理論與試驗研究：將此方法與其它數(shù)值分析方法進行耦合，以擴展在巖土介質(zhì)爆炸波 傳播問題中使用的范圍；如何考慮液體、氣體的影響，如何有效地使用計算機模擬技 術(shù)于微結(jié)構(gòu)連續(xù)力學分析方法中是一個值得深入研究的問題。 四、爆炸波與巖土介質(zhì)中障礙物的相互作用 爆炸波在介質(zhì)中與結(jié)構(gòu)的相互作用問題一方面隨介質(zhì)是線彈性，非線彈性，彈 塑性而變得越來越復雜，另一方面隨著結(jié)構(gòu)是剛性移動還是彈性不移動的還是彈性移 動的而變得越來越復雜。關(guān)于這一方面筆者也在［22］中作了詳細的介紹。 大部分的防護結(jié)構(gòu)淺埋于巖土介質(zhì)之中，目前確定淺埋結(jié)構(gòu)荷載大致有兩個方法: 一個是運用彈塑性波動理論，詳盡分析結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的運動與振動，分析上與結(jié)構(gòu)的動 力相互作用，對于二維及三維情況，大多數(shù)只能以數(shù)值分析的方法（有限單元法，邊 異單元法，無限單元法及雜交法等）就個別的實際工程得出數(shù)值結(jié)果，不能依賴此法 得出計算參數(shù)變化下結(jié)構(gòu)荷載變化的規(guī)律曲線，故難為實際部門采用。因此，忽略二 維及三維效應，按一維彈塑性平面波理論則可精確分析與考慮地表及結(jié)構(gòu)卸載波的影 響，得出結(jié)構(gòu)與土參數(shù)變化下結(jié)構(gòu)荷載變化的規(guī)律曲線［74 — 78］，這個方向在理論上 是完善的，但需估計忽略二維效應的誤差來。另一個方向是考慮二維效應的拱效應法。 美國土木工程師協(xié)會85年版“核武器設(shè)計手冊”就采用此觀點，并給出了拱效應表 達式】77］，近年來國內(nèi)也有些人推薦拱效應法。拱效應法確定土中淺埋結(jié)構(gòu)荷載從位 移場出發(fā)，基本上是依照太沙基靜載條件下拱效應概念構(gòu)造出來的，拱效應法概念和 表達式雖然簡單，但缺乏理論依據(jù)。不能反映土中結(jié)構(gòu)在爆炸波作用下與介質(zhì)產(chǎn)生的 動力相互作用的現(xiàn)象。文［80］在試驗數(shù)據(jù)比較完全的中外試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，仔細對比 前述兩個方向的理論計算結(jié)果，得出的結(jié)論是一維平面波理論確定頂蓋荷載是合理的， 比較符合試驗的實際情況，而對底板誤差較大，需要修正，文中給出了底板荷載的修 正公式。然而由于一維波動理冶的局限性，它本身也沒能很好解釋試驗所發(fā)生的某些 現(xiàn)象，即結(jié)構(gòu)變形較大時，頂板跨中壓力波形出現(xiàn)“變窄”現(xiàn)象，另外，［78］根據(jù) FoAMHEST系列試驗和錯誤模型計算分析，認為頂板荷載主要受頂板下表空由面 反射的影響，關(guān)于這個問題［81］作了詳盡的理論分析，［82］根據(jù)二維波動理論對淺 埋結(jié)構(gòu)荷載理論進行了較為全面。系統(tǒng)的研究，澄清了一些模糊的認識，指出核爆炸作 用下淺埋結(jié)構(gòu)荷載并不是土的成拱所致，而是波在結(jié)構(gòu)上的反向及衍射，以及由于結(jié)構(gòu) 的整體沉陷和變形引起的輻射所致，文中給出了較系統(tǒng)、全面的核爆條件下淺埋土中結(jié) 構(gòu)的荷載形式。 此外，非平頂結(jié)構(gòu)的荷載如何確定，結(jié)構(gòu)本身的破壞模式，平面力（軸力）的影響， 以及結(jié)構(gòu)大變形等。 隨著核武器當量不斷增大，運載工具和制導技術(shù)的發(fā)展，抗百萬噸級觸地核爆或 锃地爆巖石中深埋高抗力結(jié)構(gòu)已提到日程上來。巖石中深埋高抗力結(jié)構(gòu)需要解決以下 幾個問題： 1、 核爆產(chǎn)生的應力波在自由場中的傳播，如何確定自由場地運動參數(shù)。 2、 高抗力結(jié)構(gòu)的材料，合理結(jié)構(gòu)形式和防護措施。 就目前認識及研究情況來看，抗觸地爆的高抗力結(jié)構(gòu)的強度及隔震都是同等重要； 甚至結(jié)構(gòu)的隔震常常起控制作用。因此，高抗力結(jié)構(gòu)的防護措施常采用毛洞噴錨網(wǎng)支 護，并在鋼筋砼或鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)襯砌填充一層回填材料，回填材料宜采用低密度，大孔隙 率，低彈模的材料，如泡沫塑料、泡沫砼、漿砌石等，以造成結(jié)構(gòu)與回填材料間的阻 抗失配。［33］研究了回填材料的大變形影響，研究結(jié)果表明，對于泡沫塑料，泡沫 砼這類回填材料，可以用小變形理論來分析而不致產(chǎn)生較大的誤差，筆著認為今后應 加強對回填材料的試驗研究和新型高抗力結(jié)構(gòu)的防護概念和措施，提高深埋結(jié)構(gòu)的另 一途徑是利用前述天然巖體中存在的斷裂構(gòu)造等來削弱自由場中地應力波的傳播，目 前我們正在對此進行研究。 常規(guī)武器爆炸（化爆）與核爆不同之處在于： a、 雖然常規(guī)武器爆炸產(chǎn)生的波形同核爆，但作用時間與核爆相比短得多。 b、 常規(guī)武器的爆炸產(chǎn)生的荷載存在空間分布問題。 由于化爆作用時間短、壓力峰值大、衰減快、應變速率高。因此在選取巖土介質(zhì) 本構(gòu)關(guān)系時宜采用彈粘塑性模型。以考慮應變速率效應，對于抗卸常規(guī)武器直接命中 防護結(jié)構(gòu)的構(gòu)件（遮斷層），可采取一些措施以提高防護能力，如選用高強鋼一砼組 合結(jié)構(gòu)，改變遮斷板的幾何設(shè)計促使沖擊彈丸跳彈或轉(zhuǎn)向，采用各種高強度抗沖擊的 復合材料和復合組合層或堆砌塊石，采用柔剛組合的結(jié)構(gòu)對沖擊彈丸減速或削弱等。 由于爆炸波與巖上介質(zhì)中結(jié)構(gòu)相互作用分析涉及到很多方面的內(nèi)容，如數(shù)值分析方 法等，限于篇幅，未能廣泛涉及。