2011年7月15日的“大众科技报”刊载了一篇题为“世界性难题牵绊大工程进展。钱七虎院士：岩爆机理尚待摸底”的文章。该文一开始便引用了我国著名防护工程和地下工程专家，中国岩石力学与工程学会理事长，中国工程院钱七虎院士在中国科协第51期新观点新学说学术沙龙上的讲话：“虽然以岩爆为主题的国际学术会议已经举行了十多次，但是岩爆机理的研究大多停留在定性解释的阶段。岩爆的预测预警也进行了大量工程实践的探索和研究，取得了不少成功的经验，但是尚未上升到系统的理论。”为此，钱院士呼吁：“岩石力学工作者特别是岩爆研究的技术人员，必须深入研究和弄清岩爆的机理，为深部岩石工程顺利开展提供科学理论和技术支持，更好地解决深地下矿产能源资源开发，西南巨大水能资源开发，长距离、大埋深交通隧道开挖，高放射核废料地下处置等一系列深部岩石工程问题。”时间虽然已过去了近十年，但对上述问题的研究至今尚未取得突破。以上情况表明：① 岩爆研究具有巨大的现实意义和社会效益；② 岩爆是一个公认的世界性科学难题。

所谓岩爆(在煤炭行业中常将其称为"冲击地压”），通常是指在地层深部开挖掘进巷道或洞室时，因开挖扰动及开挖形成的巷道或洞室自由面被卸载而引发、并伴有猛烈能量释放的岩石或矿岩的破坏现象。这意味着只有在同时满足：① 在地层深部进行开挖掘进；② 由于开挖掘进导致围岩发生了破坏； ③ 因围岩破坏而引发了猛烈的能量释放这样三个条件的情况下才会发生岩爆。虽然以上观点已是目前岩石力学界的共识，但由于在地层深部进行开挖掘进导致的围岩破坏，是在围岩已预先承受高地应力作用的情况下，因开挖掘进形成的巷道或洞室自由面被卸载引起的，然而在现有的强度理论体系中对于这种因卸载而引起的岩石破坏规律还研究得不够深入，尤其是对这种已承受高地应力作用的岩石在因卸载而引起的破坏发生时，究竟会释放出多少能量还说不清楚，从而才导致了“虽然以岩爆为主题的国际学术会议已经举行了十多次，但是岩爆机理的研究大多停留在定性解释的阶段”这样一种不能令人满意的现状。如前所述，岩爆与岩石的破坏紧密相关，众所周知的是，材料（包括岩石）的破坏理论至今仍是力学与材料科学中的一大难题，这一难题正是制约岩爆机理研究的瓶颈。

本文认为，可以将最小耗能原理^[1,2]作为建立包括损伤、屈服、破坏、断裂在内的各种形式材料破坏准则的统一理论框架，因为任何形式的材料破坏都是一个需要消耗能量的过程，所以它应受到最小耗能原理的规范，即任何形式的材料破坏，都将在满足与其相应的约束条件下，以耗能最小（亦即以其最容易破坏）的方式发生和进行。

其次笔者在文献[3]中还给出了根据最小耗能原理建立材料破坏理论的技术路径与方法，并在将岩石视为各向同性、线弹性且抗拉、压强度不等材料的条件下，具体导出了基于最小耗能原理的岩石破坏准则。该准则表明：① “准则”的物理意义为：它是一个促使岩石发生破坏所需消耗能量的临界值表达式。 ② 促使岩石发生破坏所需消耗的能量与岩石中因荷载作用而产生和储存的总弹性应变能并不是一回事。只有当前者（而非后者）满足准则时，破坏才会发生，并且前者仅是后者中的某些特定部分。③ 促使岩石发生破坏所需消耗能量的临界值是一材料常数，它恒等于岩石在单向受力情况下发生破坏所需消耗的能量。由于在三向受压情况下岩石具有很高的强度，因此岩石在三向受压且临近破坏时，其中因荷载作用而产生和储存的总弹性应变能将远大于促使岩石破坏所需消耗的能量，二者之差在岩石发生破坏时将以动能的形式释放，于是据此即可定量地解决岩石破坏将会释放多少能量的难题。 ④ 该准则能够定量地确定，在已承受高地应力作用并未破坏的岩石，若在不同方向发生卸载时究竟在什么样的卸载路径下才会诱发破坏，从而解决了在岩爆机理研究中亟待解决的难题。需要指出的是：因开挖扰动及开挖形成的巷道和洞室自由面被卸载，不仅可能会引发围岩破坏并导致围岩破坏区释放能量，而且在围岩的非破坏区也会因上述“卸载”而导致其中弹性应变能的部分释放（文献[3]之第4章介绍了这部分释放能量的计算方法）。显然，当以上两部分释放能量之和达到了导致“猛烈的能量释放”水平时，岩爆也就发生了。工程实践表明，岩爆大多发生在对较完整且硬脆的地层深部岩体进行的挖掘过程之中，因此上述在假设岩石为各向同性、线弹性且拉、压强度不等材料情况下建立的基于最小耗能原理的岩石破坏准则，对定量研究和解释这种多发性的岩爆机理具有实际意义；

再其次，在文献[3]中还讨论了在将岩石视为各向异性、非线性、黏、弹、塑性材料的最一般情况下，如何根据最小耗能原理建立相应情况下的岩石破坏准则以及根据该准则如何定量确定岩石破坏时会释放多少能量的技术路径和方法；

最后，文献[3]根据最小耗能原理导出了滑移型破坏准则，并给出了发生滑移破坏时可能会释放多少能量的计算公式。从而为定量研究滑移型岩爆机理提供了可能。

以上论述除文献[3]外，尚未发现在其他论著中出现过，因此它既可视为仅是“一家之言”，也可视为是文献[3]的创新点。

文献[3]给出的具体算例都是定量性的，它表明，基于最小耗能原理的岩石破坏理论，有可能为岩爆的预测预警分析提供依据。

鉴于岩爆研究是众所周知的世界性科学难题，本文所述内容仅是作者对解决这一难题的管见，不当之处难免。敬盼有关专家、学者不吝赐教。

参 考 文 献

[1] 周筑宝. 最小耗能原理及其应用. 北京: 科学出版社，2001.

[2] 周筑宝，唐松花. 最小耗能原理及其应用（增订版）. 长沙: 湖南科学技术出版社，2012.

[3] 周筑宝，唐松花. 基于最小耗能原理的岩石破坏理论与岩爆研究. 北京: 科学出版社，2017.