›› 2014, Vol. 299 ›› Issue (2): 305-321.

• 基础理论与实验研究 •    下一篇

多场耦合作用下岩体裂隙扩展演化关键问题研究

刘泉声,刘学伟   

  1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,武汉 430071
  • 收稿日期:2012-12-02 出版日期:2014-02-11 发布日期:2014-02-18
  • 通讯作者: 刘学伟,男,1987年生,博士研究生,主要从事岩体裂隙网络扩展过程数值模拟方法的研究工作。E-mail:Liuxw87@126.com E-mail:liuqs@whrsm.ac.cn
  • 作者简介:刘泉声,男,1962年生,博士,研究员,博士生导师,主要从事裂隙岩体温度-水力-应力耦合分析等方面的教学与研究工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金重点项目(No. 41130742);中国科学院重点部署项目资助(No. KZZD-EW-05-03);国家自然科学基金青年项目 (No. 41202224)。

Research on critical problem for fracture network propagation and evolution with multifield coupling of fractured rock mass

LIU Quan-sheng, LIU Xue-wei   

  1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China
  • Received:2012-12-02 Online:2014-02-11 Published:2014-02-18

摘要: 裂隙岩体热-水-应力(THM)耦合是目前研究的热点和难点。首先总结了裂隙岩体多场耦合的机制、模型、方法及研究内容,并通过分析裂隙对THM耦合的重要控制作用,提出了在THM耦合中考虑裂隙网络扩展演化及模拟的关键问题,同时指出了研究的3个关键点:(1)建立考虑裂隙网络演化的耦合模型;(2)裂隙扩展的数值模拟方法;(3)THM耦合及岩体变形、失稳全过程的数值模拟算法。随后通过对模拟多场耦合和裂隙扩展数值方法的归类比较,重点论述了目前适用于模拟多场耦合下裂隙扩展模拟的各种数值方法(包括有限单元法、无单元法、单位分解法、离散单元法、岩石破裂过程分析方法和数值流形方法)的优缺点,并通过对比研究,推荐采用数值流形方法(NMM)来实现对关键问题的模拟研究。最后,对研究思路和难点进行了初步探讨。

关键词: 裂隙岩体, 多场耦合, 裂隙扩展, 数值模拟, 数值流形方法(NMM)

Abstract: It is hot and difficult point that research on thermo-hydro-mechanical (THM) coupling for fractured rock mass at present. Firstly, the research status of mechanism, models, numerical simulation methods and contents for multifield coupling of fractured rock mass are summarized. Meanwhile, the significant effect on THM coupling of fractures is analyzed. As a result, the critical problem considering the fracture network propagation and its simulation during the THM coupling is proposed. Furthermore, 3 critical points are pointed out: (1) building the THM coupling model which can consider the fracture network propagation; (2) selecting numerical simulation method of simulating fracture propagation; (3) proposing the simulation algorithm for THM coupling and the whole process of rock mass from deformation to collapse. Then, the numerical methods for simulating coupling and fracture propagation are classified and compared; therefore, the various numerical methods, including finite element method, element-free method, partition of unity method, discrete element method, rock fracture process analysis method and numerical manifold method, are discussed thoroughly and particularly, from the advantages and disadvantages. Following, the numerical manifold method (NMM) is recommended for solving the critical problem. Finally, some ways and difficulties of the work are discussed preliminarily.

Key words: fractured rock mass, multifield coupling, fracture propagation, numerical simulation, numerical manifold method (NMM)

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