研究目标：

围绕第一个关键科学问题，提出节理岩体三维模型的精细描述方法，发展岩石损伤演化过程的非连续变形分析理论，并解决块体运动过程的非连续位移分析中的关键算法问题，建立岩石小变形开裂与非连续大位移分析的一体化算法，为岩体工程灾害模拟计算软件提供理论基础。

研究内容：

（1）复杂节理岩体地质特征描述与建模

通过获取岩体结构面的几何和物理力学特征参量，提出多源数据的分级描述和整合方法。对包含大量相互交错空间结构面的岩体，研究基于组合拓扑学理论的高效块体切割、块体搜索和网格生成算法，设计合适的块体拓扑数据结构。研究确定性结构面的三维几何描述方法和非确定性结构面的三维随机网络模拟技术，建立面向数值模拟的岩体结构建模方法。

（2）岩石损伤演化过程的非连续变形分析理论与算法

研究岩石的细观结构特征、变形与强度特性，获得细观层次上岩石的微缺陷分布规律，标定岩石细观微裂纹状态与宏观参量之间的对应关系，提出细观模型中破裂面的宏观描述，重构试样内裂纹萌生、扩展和贯通的时空演化三维图像，建立细观物理量与宏观本构模型的联系，发展岩石破坏过程分析的细观力学模型及模拟方法。

（3）块体运动过程的非连续位移分析理论与算法

研究非连续块体系统能量耗散的物理机制，探索其对非连续系统动力求解数值稳定性的影响规律，建立充分的能量耗散格式及其数值实现方法。研究块体间不同接触模式和数学描述，建立复杂块体系统接触检索与接触更新的高效算法。根据岩体结构面特点，建立非光滑接触模型，研究块体系统的接触迭代格式、数值求解方法及其收敛稳定性。

（4）岩体连续-非连续变形与破裂全过程分析理论与方法

提出岩石细观损伤到宏观开裂、块体运动全过程的多尺度模拟方法，基于非连续小变形与非连续大位移分析原理，建立统一数学框架下的岩石小变形开裂与非连续大位移分析的一体化计算模型，并探索数值流形法在岩体连续-非连续变形与破裂全过程模拟中的可行性，研究岩体工程结构从细观到宏观、连续到非连续变形、破坏及运动全过程的计算方法。

承担单位：中国科学院武汉岩土力学研究所、大连理工大学

课题负责人：张友良

学术骨干：郑宏、王水林、张秀丽、唐世斌