武漢岩土所建立岩石開裂破壞過程模擬的連續-非連續軟體分析系統

岩石開裂破壞過程及其導致的工程災害是深部岩石工程遇到的難點和重點， 但其具體機制仍不清楚。 中國科學院武漢岩土力學研究所副研究員晏飛、研究員潘鵬志等， 開發完成了岩石開裂破壞過程分析模擬的二維連續-非連續細胞自動機軟體系統， 通過對工程中岩爆發生過程模擬， 揭示岩爆孕育演化過程， 獲得岩爆發生機理。

研究人員首先建立了基於局部元胞鄰居資訊和非連續結構空間關係的非連續結構動態定位與跟蹤方法， 實現定位及資料保存局部化。 分別針對岩石位移非連續特徵構建非連續位移函數，

實現多裂紋交叉、匯合及貫通等複雜位移非連續的精細描述。 針對岩石處於壓縮狀態的特點， 建立了非均質岩石任意位置和方向微裂紋萌生技術， 岩石壓剪裂紋擴展準則， 以及裂紋張開、閉合與滑移等複雜行為的精細模擬方法， 進一步建立多裂紋交叉、匯合與貫通理論和技術。 提出了自我調整超鬆弛元胞快速更新技術， 實現更新過程中自我調整更新反覆運算加速因數， 極大提高計算效率。 最後引入微震， 局部能量釋放率， 破壞接近度等指標表徵岩石開裂破壞過程的特徵。

該軟體系統可以實現非均質岩體從微裂紋萌生， 到擴展， 裂紋張開、閉合和滑移， 直至多裂紋交叉、匯合和貫通，

最後形成破壞塊體的全過程模擬分析。 通過岩爆實例揭示了岩爆的孕育演化機理， 該軟體系統對深入理解深部岩石工程災害孕育演化過程具有重要意義， 也為岩石力學研究提供一種全新的數值分析手段。

這一研究成果已在Rock Mechanics and Rock Engineering， Computer & Geosciences， Applied Mathematical Modelling等期刊發表。 該研究得到國家自然科學基金創新群體項目(51621006)和重點項目(11232014)， 中科院國際夥伴計畫—國際大科學計畫培育專項(115242KYSB20160017)和中科院青年創新促進會(2014304)資助。

深部岩石工程開挖岩爆孕育演化全過程的分析結果