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巖石材料裂紋演化機理及非連續(xù)數值方法研究

（2018年度高等學校科學研究優(yōu)秀成果獎（自然科學獎）一等獎）成果簡介：巖石（體）是一種復雜的天然介質，在漫長的地質構造作用過程中，內部孕育了各種規(guī)模和尺度的缺陷（如節(jié)理、裂隙和斷層等），這些缺陷的空間位置與分布規(guī)律顯著影響其力學響應，進而對斷續(xù)裂隙巖體工程的穩(wěn)定與安全產生重要影響。另一方面，在頁巖氣與煤層氣等開采過程中，往往需要人為制造裂縫網絡來實現壓裂增滲增產。因此，開展巖石裂紋擴展與連接機理的研究，對于預測巖石（體）工程的失穩(wěn)破壞以及提高油氣產量與效率具有重要的理論意義和應用價值。主要取得的科學發(fā)現點如下：（1）在試驗研究方面，研發(fā)了適用于裂隙巖石的高精度數字量測技術，發(fā) 現了非連續(xù)巖石材料中的裂紋擴展與連接規(guī)律，建立了非連續(xù)巖石材料應力跌落與裂紋演化規(guī)律之間的聯系，揭示了巖石材料中的裂紋演化規(guī)律，為理論和數值研究裂紋演化規(guī)律提供了技術支撐。（2）在理論研究方面，利用內變量熱力學理論和偽力法，揭示了裂隙巖體的損傷局部化機理，建立了巖石（體）損傷局部化分叉模型；基于斷裂力學原理, 提出了巖石（體）的非線性強度準則，為開展復雜應力狀態(tài)下裂紋演化過程的數值模擬奠定了理論基礎。（3）在數值方法方面，提出了連續(xù)-非連續(xù)數值模擬方法，編制了廣義粒子動力學多線程高效并行計算程序，成功實現了二維和三維裂紋演化過程的數值模擬，揭示了復雜應力狀態(tài)下裂紋演化的細觀機理，為巖體工程穩(wěn)定性分析提供了計算平臺。 (4) 在工程應用方面，實現了錦屏I級水電站深埋地下洞室非連續(xù)圍巖損傷破壞過程的數值模擬，結合現場監(jiān)測數據，闡釋了地下洞室非連續(xù)圍巖的破裂發(fā)展規(guī)律，揭示了深埋地下洞室圍巖的損傷失穩(wěn)機制。

重慶大學 2021-04-11

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