深部大理岩间歇扰动下力学响应与断裂特征的颗粒流数值模拟研究

针对深部岩体工程中爆破/钻探引发的间歇扰动对围岩稳定性的影响问题，研究人员采用平行粘结模型（PBM）开展真三轴条件下大理岩的颗粒流（PFC3D）数值模拟，揭示了间歇扰动载荷下应力平台期延长、张剪混合破坏模式转变及声发射（AE）能量演化规律，为深部工程岩体稳定性控制提供理论依据。

　　

随着人类工程活动向深部拓展，深部岩体面临"三高一扰动"（高地应力、高地温、高岩溶水压及工程动载）的极端环境。其中，采矿爆破等引发的间歇性扰动虽不直接导致岩体瞬时破坏，却会通过累积效应威胁地下结构长期稳定性。现有研究多聚焦强冲击扰动下的常规三轴试验，而对真三轴应力与弱扰动耦合作用机制的认识仍存空白。为此，中国研究人员通过大规模颗粒流数值模拟，首次系统揭示了深部大理岩在间歇扰动下的非线性力学响应规律。

研究采用平行粘结模型（Parallel-Bond Model, PBM）构建真三轴数值试样，通过控制最大主应力σ₁、中间主应力σ₂和扰动幅值A_d等参数，结合声发射（AE）监测和能量分析技术，实现了扰动全过程的多尺度表征。

应力-应变关系
模拟发现所有工况下应力-应变曲线均呈现双拐点特征和显著应力平台期。当σ₁从85%峰值应力增至95%时，σ₁方向塑性变形平台延长40%，揭示扰动能量累积效应。动态围压效应（Dynamic confining pressure effect）在低A_d时主导强化机制，而高A_d下弱化机制逐渐凸显。

断裂过程与特征
裂纹演化显示：σ₂≤60 MPa时以张剪混合破坏为主，黄色张力裂纹占比超65%；当σ₂增至100 MPa，红色剪切裂纹比例跃升至82%，表明中间主应力抑制张裂扩展。AE事件数随σ₁增大而增加，但受σ₂升高抑制，在σ₂=100 MPa时降低约35%。

能量演化规律
应变能波动幅度与σ₂呈正相关，σ₂每增加20 MPa，预峰值波动范围扩大15%。高A_d（>30 MPa）下耗散能增速提升2.3倍，揭示扰动幅值对损伤累积的加速效应。

该研究通过PFC^3D模拟首次阐明真三轴应力与间歇扰动的协同作用机制：动态围压效应与能量耗散的竞争关系主导岩体强度演化，中间主应力通过调控裂纹类型转变影响破坏模式。成果发表于《Simulation Modelling Practice and Theory》，为深部工程岩爆预警和支护设计提供了关键理论支撑，尤其揭示了弱扰动诱发能量链式释放（能量激活-放大-耗散正反馈）的潜在风险。