在岩土工程中，岩石破坏和裂纹扩展是工程安全的关键决定因素。鉴于岩石破坏过程的复杂性，数值模拟是研究损伤机制的重要工具。计算断裂建模框架大致分为离散方法（如连续介质动力学和离散元方法）和连续介质框架（如梯度损伤模型和相场方法）。相场方法（PFM）通过连续的损伤场来规范尖锐的不连续性，从而能够在不显式跟踪裂纹表面的情况下，稳健地模拟裂纹的萌生、扩展、相互作用和分支。
PFM的理论基础在于Francfort和Marigo（1998年）提出的变分能量最小化原理，以及Bourdin等人（2000年）的数值实现。在此基础上，Miehe等人（2010b年）建立了一个热力学上一致的一般框架，并引入了一种稳健的算子分裂算法，为后续研究提供了标准模板（Miehe等人，2010a年）。这种方法已广泛应用于多物理问题，包括热弹性破坏（Miehe等人，2015a年，Miehe等人，2015b年）和饱和多孔介质中的水力压裂（Miehe和Mauthe，2016年）。
尽管动态载荷是岩土工程中的主要加载条件，但现有的相场模型主要关注拉伸损伤。Amor等人（2009年）和Hofacker与Miehe（2012年）的早期动态扩展使用了谱应变能量分解。最近的进展整合了四阶相场理论（Li等人，2025b年）、自适应等几何分析与速率依赖的本构关系（Hai等人，2024年，Li等人，2025a年）以及图神经网络（Perera和Agrawal，2023年），以提高效率和准确性。然而，传统的动态相场模型通常缺乏描述剪切破坏和摩擦接触的显式机制。
在岩石工程中，高围压使得剪切破坏成为主导的不稳定模式。准确捕捉摩擦界面处的能量耗散至关重要。Rice（1968年）和Palmer与Rice（1973年）的经典断裂力学研究为剪切带和滑移面的概念奠定了物理基础。Puzrin及其同事将这些概念推广到弹塑性地质材料中，阐明了海底滑坡和地震诱发雪崩的破坏机制（Puzrin，2016年；Puzrin等人，2019年；Puzrin和Germanovich，2005年；Puzrin等人，2016年；Puzrin等人，2017年；Puzrin和Schmid，2011年）。
因此，最近的研究在相场模型中探讨了摩擦本构问题。Fei和Choo（2020年）开发了一种与摩擦断裂力学一致的严格公式，以解释由滑动界面引起的能量耗散。为了解决预测剪切起始的局限性，Kumar等人（2020年）引入了基于应力的驱动力，以提高压缩下的裂纹萌生精度。此外，通过整合对剪切敏感的判据，相场模型已被应用于以复杂剪切和混合模式断裂为主的场景（Liu和Wang，2025年；Liu等人，2024b年；Zhang等人，2025年）。
岩石中的几何不连续性，如孔隙和预先存在的裂纹，会引发应力集中，从而产生复杂的混合破坏模式。虽然已经提出了许多混合模式模型，从早期的修改判据（Shen和Stephansson，1994年）到最近在水力和韧性断裂中的应用（Li等人，2024a年；Li等人，2023年；Liu等人，2023年；Liu等人，2024a年；Wang等人，2023年；Xu等人，2024年；Yang等人，2025年；Yi等人，2025年；Yue等人，2024年），但大多数模型依赖于单一的相场变量。这种统一的公式本质上将退化机制混合在一起，阻碍了拉伸和剪切响应的显式解耦。这一局限性促使人们开发动态双相场模型，以显式解耦并模拟动态载荷下混合模式裂纹的演变。
双相场方法作为一种稳健的解决方案，用于捕捉这些复杂的岩土力学行为。Fei和Choo（2021年）率先采用这种方法，开发了一种双相场公式，利用两个不同的场来显式模拟粘聚性拉伸和摩擦剪切裂纹。Liu等人（2022年）建立了一个热力学上一致的混合模式相场模型。Yu等人（2022年）在双相场框架内引入了基于应力的判据，以增强压缩应力下混合裂纹的建模。Li等人（2024b年）进一步通过整合P波速度校准来推进双相场策略，以在韧性框架内模拟剪切和拉伸裂纹。为了处理异质材料中机制的相互作用，Lenarda等人（2022年）开发了一种多相场方法，区分了拉伸断裂和压缩破坏。此外，Jiang等人（2023年）将双相场方法扩展到三维弹塑性固体，引入了基于裂纹方向的应变能量分解来控制损伤演变。Yuan等人（2024年）和Zou等人（2026年）将材料各向异性和严格运动学约束纳入双相场框架，以严格区分破坏机制。尽管取得了这些重要进展，现有的双相场方法仍然本质上是静态的。一个全面的动态框架，将双相场策略扩展到捕捉瞬态混合模式响应和波-裂纹相互作用，尚未建立。
本文提出了一种动态双相场模型，用于模拟动态载荷下混合模式裂纹的演变。引入了两个相场来分别模拟拉伸和剪切裂纹，考虑了惯性力、裂纹表面应力以及积分点的接触状态。通过引入局部坐标系来准确确定接触状态，从而指导拉伸裂纹和剪切裂纹的正确扩展。
通过三种方法实现了两个相场的严格耦合。首先，根据现有的拉伸和摩擦接触模型（Fei和Choo，2020年；Steinke和Kaliske，2018年），将应变能量分解为拉伸、剪切和纯压缩分量。其次，在局部坐标系内确定接触状态（开启、粘滞或滑动），以建立增量势能（Fei和Choo，2020年）。最后，根据F准则（Bryant和Sun，2018年；Shen和Stephansson，1994年；Zhang等人，2017年）识别主导的断裂模式。这些实现确保了I型裂纹和II型裂纹之间的正确区分。
本文的结构如下：第2节建立动态剪切相场模型；第3节介绍动态双相场模型；第4节提供与以往数值方法的定性和定量验证。
