岩石蠕变损伤模拟：基于微裂纹演化的数值方法

"陆银龙和王连国在2015年的《煤炭学报》第40卷第6期中发表的文章，介绍了基于微裂纹演化的岩石蠕变损伤与破裂过程的数值模拟方法。他们针对传统岩石蠕变模型的不足，提出了一种宏-细观双尺度的概念模型，结合连续介质力学理论，考虑了岩石内部微裂纹的瞬时扩展和亚临界扩展。通过损伤力学和断裂力学，构建了岩石细观蠕变损伤本构方程和破裂准则。借助Matlab编程，将这一细观模型整合到Comsol宏观有限元模型中，实现了岩石蠕变损伤和破裂的全过程数值模拟。在双轴压缩条件下进行模拟，结果显示了岩石蠕变的三个典型阶段，并清晰地展示了岩石从微观损伤到宏观破裂的过程。该研究得到了国家重点基础研究发展计划(973)和国家自然科学基金的支持。" 文章详细阐述了岩石蠕变和破裂的数值模拟技术，旨在克服传统模型忽视岩石内部细观结构对蠕变和破裂影响的局限性。作者提出的宏-细观双尺度模型，是基于连续介质力学的理论框架，考虑了岩石在微观尺度上微裂纹的动态行为。微裂纹不仅有瞬时扩展的情况，还有亚临界扩展的过程，这两种机制被纳入损伤力学和断裂力学的理论体系中，形成了描述岩石蠕变损伤的本构方程和破裂准则。 在实施数值模拟的过程中，使用了Matlab软件来编程，这使得微观模型能够嵌入到Comsol的宏观有限元模型中，从而能够模拟岩石在整个蠕变-损伤-破裂过程中的动态演变。通过对双轴压缩条件下的岩石蠕变进行模拟，验证了模型的有效性，模拟结果成功地再现了岩石蠕变的初始阶段、稳态阶段和最终破裂阶段的典型特征，为理解和预测复杂工程环境下的岩石行为提供了有力工具。 这项工作的重要意义在于，它提供了一个物理真实且可视化的平台，用于深入理解岩石从微观损伤到宏观破裂的演变，对于岩石力学、地质工程以及地下工程等领域具有重要的理论和实践价值。通过这种数值模拟方法，可以更准确地评估和预防因岩石蠕变和破裂导致的工程风险，为矿产开采、隧道掘进等工程活动的安全设计提供科学依据。