1、岩石力学与工程岩石力学新岩石力学与工程岩石力学新理论与新方法理论与新方法*2n岩石的强度与变形特性不仅依赖于当前的岩石的强度与变形特性不仅依赖于当前的应力与变形状态，而且与应力历史、加载应力与变形状态，而且与应力历史、加载速率、含水量以及赋存状态等因素密切相速率、含水量以及赋存状态等因素密切相关；关；n以连续介质力学为基础的确定性研究方法以连续介质力学为基础的确定性研究方法，使得岩石力学模型越来越复杂，在一定，使得岩石力学模型越来越复杂，在一定程度上影响了有关的实际应用。程度上影响了有关的实际应用。8.1 分形岩石力学分形岩石力学（1）分形概念分形概念1.1.分形几何是由分形几何是由Mande
2、lbrot（1983）发展起来）发展起来的一门新的数学分支，用来描述自然界不规则的一门新的数学分支，用来描述自然界不规则以及杂乱无章的现象和行为。分形几何学主要以及杂乱无章的现象和行为。分形几何学主要概念是自相似性和分数维数。概念是自相似性和分数维数。2.Mandelbrot把分形定义为：如果一个集合的把分形定义为：如果一个集合的Hausdorff维数严格大于它的拓扑维数维数严格大于它的拓扑维数DT，则，则该集合为分形。这样的维数可以是整数，也可该集合为分形。这样的维数可以是整数，也可以是分数，它是图形不规则性的度量。以是分数，它是图形不规则性的度量。*3*4n3.在经典几何学中点是零维的，任
3、何在经典几何学中点是零维的，任何曲线是一维的，任何曲面和表面是二曲线是一维的，任何曲面和表面是二维的，任何连续的立体图形是三维的维的，任何连续的立体图形是三维的，这种维数只取整数值，是拓扑学意，这种维数只取整数值，是拓扑学意义下的维数，称为拓扑维数。义下的维数，称为拓扑维数。n4.分形的定义分形的定义u1）定义）定义1：设集合设集合F Rn 的的Hausdorff维数是维数是D。如果。如果F的的Hausdorff维数维数D严格大于它的拓扑维数严格大于它的拓扑维数DT，即，即D DT，我们称集合我们称集合F为分形集为分形集,简称为分形简称为分形.u2）定义）定义2：局部与整体以某种方式相似的形叫
4、分形。：局部与整体以某种方式相似的形叫分形。3）定义）定义3：F是分形，如果是分形，如果F具有如下典型性质：具有如下典型性质：F具有精细结构，即有任意小比例的细节；具有精细结构，即有任意小比例的细节；F具有不规则性，它的局部和整体都不能用传统具有不规则性，它的局部和整体都不能用传统的几何语言来描述；的几何语言来描述；F通常有某种自相似形式，可以是近似的或是统通常有某种自相似形式，可以是近似的或是统计的；计的；一般一般F的分形维数大于它的拓扑维数；的分形维数大于它的拓扑维数；在大多数情况下在大多数情况下，F可以用非常简单的方法定义，可以用非常简单的方法定义，也可以由迭代产生。也可以由迭代产生。*
5、5*6u4）定义）定义4：分形就是比在经典几：分形就是比在经典几何考虑的集合更不规则的集合，何考虑的集合更不规则的集合，这个集合无论被放大多少倍，越这个集合无论被放大多少倍，越来越小的细节仍能看到。来越小的细节仍能看到。n5.分形几何现已被广泛用于研究自然界中分形几何现已被广泛用于研究自然界中常见的、不稳定的、不规则的现象，即研常见的、不稳定的、不规则的现象，即研究自然界中没有特征长度，而具有自相似究自然界中没有特征长度，而具有自相似性的形状和现象，如海岸线、山的起伏、性的形状和现象，如海岸线、山的起伏、河网水系、地震、湍流、凝集体、相变、河网水系、地震、湍流、凝集体、相变、动物血管系统、肺膜
6、结构、气候的变化以动物血管系统、肺膜结构、气候的变化以及股市的变动、人口的分布、足球运动员及股市的变动、人口的分布、足球运动员的跑动路线等等。的跑动路线等等。6.6.岩石材料作为亿万年地质演变的产物，具有大量自然岩石材料作为亿万年地质演变的产物，具有大量自然形成的不同层次的孔隙、空洞和裂纹分布，可以抽象形成的不同层次的孔隙、空洞和裂纹分布，可以抽象地看成高刚度的海绵体。对一个海绵立方体在欧氏空地看成高刚度的海绵体。对一个海绵立方体在欧氏空间看是三维，而在单向压力作用下，由于海绵体的高间看是三维，而在单向压力作用下，由于海绵体的高度空隙性，可以压扁在一个平面上，这时它的维数是度空隙性，可以压扁在
7、一个平面上，这时它的维数是二维。这种维数量纲的突变性说明欧氏空间的整数维二维。这种维数量纲的突变性说明欧氏空间的整数维只是一个表观维数。事实上，海绵体可以看成一个分只是一个表观维数。事实上，海绵体可以看成一个分形物体（如形物体（如Mengor海绵体），它的维数是处于海绵体），它的维数是处于2和和3之间。这说明分形维数能刻画海绵体这类随机分布孔之间。这说明分形维数能刻画海绵体这类随机分布孔隙体的几何结构本质。隙体的几何结构本质。*7*8n7.确定分形维数的方法：改变粗视化程确定分形维数的方法：改变粗视化程度（尺寸）求分数维（尺码法）；根度（尺寸）求分数维（尺码法）；根据测度关系求分数维（盒维数法
8、也叫据测度关系求分数维（盒维数法也叫覆盖法）；根据相关函数求分数维；覆盖法）；根据相关函数求分数维；根据分布函数求分数维；根据光谱求根据分布函数求分数维；根据光谱求分数维。分数维。n8.分形主要是研究一些具有自相似性的分形主要是研究一些具有自相似性的不规则曲线，具有自平演化的不规则不规则曲线，具有自平演化的不规则曲线，具有自平方性的分形变换和具曲线，具有自平方性的分形变换和具有自仿射的分形集。有自仿射的分形集。9.线性分形即具有自相似性的分形是分形线性分形即具有自相似性的分形是分形几何的主要内容，线性分形的维数变化几何的主要内容，线性分形的维数变化是连续的。是连续的。10.简单地说，自相似就是
9、局部是整体按简单地说，自相似就是局部是整体按比例缩小的性质，也称尺度不变性或尺比例缩小的性质，也称尺度不变性或尺度无关性。度无关性。*9（2）经典分形经典分形1.Contor集 2.Sierpinski集合*103.Menger海绵*11（3）分形岩石力学）分形岩石力学1.1.定义在分形度量空间的岩石力学理论，定义在分形度量空间的岩石力学理论，是研究考虑自然分形效应的岩石介质变是研究考虑自然分形效应的岩石介质变形破坏规律的力学理论。形破坏规律的力学理论。2.2.第一层次（第一层次（2020世纪世纪70708080年代），是对年代），是对现象的描述，如对裂纹扩展路径、裂隙现象的描述，如对裂纹扩展
10、路径、裂隙网络的分形计算，然后与一些物理量挂网络的分形计算，然后与一些物理量挂钩，得到一些关系并加以解释。钩，得到一些关系并加以解释。*12*13n3.3.目前，分形岩石力学的研究已进入目前，分形岩石力学的研究已进入第二个层次，即对岩石分形的物理机第二个层次，即对岩石分形的物理机制和演化规律的研究。制和演化规律的研究。n4.4.分形岩石力学不仅在理论上将岩石分形岩石力学不仅在理论上将岩石宏、细、微观理论研究统一在新的理宏、细、微观理论研究统一在新的理论体系中，也将为解决岩石力学理论论体系中，也将为解决岩石力学理论与工程实践中的难题创出新路（即第与工程实践中的难题创出新路（即第三层次）。三层次）
11、。（4）分形几何在岩石力学中的应用）分形几何在岩石力学中的应用1.岩石的分形断裂岩石的分形断裂*142.岩石断裂的分形岩石断裂的分形剪切雁形裂纹系统的分形模型剪切雁形裂纹系统的分形模型*153.3.破碎块度分布破碎块度分布的分形的分形 在岩石破碎过程中，产生不同尺寸的碎块。随着破碎块在岩石破碎过程中，产生不同尺寸的碎块。随着破碎块度的逐渐减小，必然产生更多的新表面，因此需要耗散度的逐渐减小，必然产生更多的新表面，因此需要耗散更多的能量。从某种意义上讲，破碎过程也就是能量耗更多的能量。从某种意义上讲，破碎过程也就是能量耗散过程。由于岩石破碎过程也是一个分形过程，可以建散过程。由于岩石破碎过程也是
12、一个分形过程，可以建立一个分形破碎模型来分析破碎与能量耗散的关。立一个分形破碎模型来分析破碎与能量耗散的关。分形破碎模型分形破碎模型*164.4.岩石损伤过程中的分形描述岩石损伤过程中的分形描述岩石材料损伤演化的分形特征岩石材料损伤演化的分形特征大理岩三点弯曲裂纹扩展图大理岩三点弯曲裂纹扩展图损伤区的分形维数的估计损伤区的分形维数的估计*178.2 岩石力学非连续变形分析（岩石力学非连续变形分析（DDADDA）（1）概述）概述1.不连续变形分析是在假定位移模式下，不连续变形分析是在假定位移模式下，由弹性理论位移变分法建立总体平衡方程由弹性理论位移变分法建立总体平衡方程式，通过施加或去掉块体界面
13、刚硬弹簧，式，通过施加或去掉块体界面刚硬弹簧，使得块体单元界面之间不存在嵌入和张拉使得块体单元界面之间不存在嵌入和张拉现象，由此来满足位移边界条件。现象，由此来满足位移边界条件。*18*19n2.石根华博士总结了石根华博士总结了DDA法的五大特性：法的五大特性：u1）完备的块体运动学理论及其数值实现；）完备的块体运动学理论及其数值实现；u2）完善的一阶位移近似；）完善的一阶位移近似；u3）严格的平衡假设；）严格的平衡假设；u4）正确的能量耗散；）正确的能量耗散；u4）高效的计算效率；）高效的计算效率；n3.虽然虽然DDA 的正分析方法看起来像离散的正分析方法看起来像离散元法，但是元法，但是DD
14、A 的分析过程更接近有限的分析过程更接近有限元法。元法。4.DDA与有限元法与有限元法(FEM)的不同之处是：的不同之处是：1）单元界面之间的变形是可以不连续的；）单元界面之间的变形是可以不连续的；2）单元形状可以是任意的凸形、凹形或组合多边形；）单元形状可以是任意的凸形、凹形或组合多边形；单元之间的接触不一定要求角点与角点的接触；单元之间的接触不一定要求角点与角点的接触；3）未知数是所有块体自由度的总和。）未知数是所有块体自由度的总和。5.尽管离散元法尽管离散元法(DEM)和不连续变形分析和不连续变形分析(DDA)都能模拟相互作用离散块体的复杂本构性质，都能模拟相互作用离散块体的复杂本构性质
15、，但两者在理论上是不相同的。其不同之处在但两者在理论上是不相同的。其不同之处在于：于：DDA是一种位移方法，而离散元法是一是一种位移方法，而离散元法是一种力法。种力法。*20（2）DDA理论概要理论概要1.非连续变形分析是一种模拟岩体在不连续情非连续变形分析是一种模拟岩体在不连续情况下产生的大变形和大位移的数值计算方法。况下产生的大变形和大位移的数值计算方法。2.它以位移作为未知量，结合刚度、质量和荷它以位移作为未知量，结合刚度、质量和荷载子矩阵，根据总势能最小化原理建立平衡方载子矩阵，根据总势能最小化原理建立平衡方程式，通过求解结构矩阵的方法来分析块体系程式，通过求解结构矩阵的方法来分析块体
16、系统的力和位移的相互关系，其时间步可用于静统的力和位移的相互关系，其时间步可用于静力学和动力学分析。力学和动力学分析。*21*22n3.在分析块体的运动中，它比有限元和离在分析块体的运动中，它比有限元和离散元的应用范围更广阔，集两者之长，允散元的应用范围更广阔，集两者之长，允许各个块体有位移、变形和应变，允许整许各个块体有位移、变形和应变，允许整个块体系统存在滑动，允许块体界面间的个块体系统存在滑动，允许块体界面间的滑动、转动、张开或闭合；滑动、转动、张开或闭合；n4.它在块体的划分方面较有限元和离散元它在块体的划分方面较有限元和离散元更为灵活，单元形状可以是任意的凸边形更为灵活，单元形状可以
17、是任意的凸边形或凹边形，还可以是带孔的多接点的多边或凹边形，还可以是带孔的多接点的多边形，块体网格不要求块体顶点与另一块体形，块体网格不要求块体顶点与另一块体顶点相接触；顶点相接触；5.它的位移和变形模式与有限单元法中结构矩它的位移和变形模式与有限单元法中结构矩阵分析相同；阵分析相同；6.它在分析块体系统的运动、块体间的接触以它在分析块体系统的运动、块体间的接触以及嵌入等方面都是有限元或离散元不可及的。及嵌入等方面都是有限元或离散元不可及的。（3）DDA基本思路基本思路1.以天然存在的不连续面（如节理、断层）切以天然存在的不连续面（如节理、断层）切割岩体，形成单个块体单元。单元的形状可以割岩体
18、，形成单个块体单元。单元的形状可以是任意多面体，块体之间的接触可以是面、边、是任意多面体，块体之间的接触可以是面、边、角三者任意组合而成的六种形式之一。角三者任意组合而成的六种形式之一。*232.以以12个块体位移变量个块体位移变量()来表来表示块体内任意一点的位移和变形特征，具有普示块体内任意一点的位移和变形特征，具有普遍的物理意义和直观简洁性。遍的物理意义和直观简洁性。3.DDA 法采用与有限元法相似的位移模式，采用法采用与有限元法相似的位移模式，采用全一阶多项式近似或高阶多项式近似，视问题全一阶多项式近似或高阶多项式近似，视问题的复杂性而定。的复杂性而定。4.块体满足平衡方程，块体接触面
19、上采取合适的块体满足平衡方程，块体接触面上采取合适的摩擦方式来消耗能量。块体间严格遵守不侵入摩擦方式来消耗能量。块体间严格遵守不侵入和不承受拉伸力的要求。和不承受拉伸力的要求。*24*25n5.通过块体间的接触和位移约束，将单个块通过块体间的接触和位移约束，将单个块体有机地联系起来，形成一个块体系统。在体有机地联系起来，形成一个块体系统。在势能最小原理的条件下，建立单个块体的单势能最小原理的条件下，建立单个块体的单元刚度矩阵以及块体系统的总体刚度矩阵。元刚度矩阵以及块体系统的总体刚度矩阵。n6.6.按不同的要求，反复形成和求解总体刚度按不同的要求，反复形成和求解总体刚度矩阵，最后求得每个块体和
20、整个块体系统的矩阵，最后求得每个块体和整个块体系统的位移变形。位移变形。（4）展望）展望1.非连续变形分析方法是以非连续体理论为基非连续变形分析方法是以非连续体理论为基础的一种新的数值方法。它适用于节理（裂隙）础的一种新的数值方法。它适用于节理（裂隙）岩体的静力和动力计算，对岩石边坡工程、岩岩体的静力和动力计算，对岩石边坡工程、岩石地下工程和基础工程等都有很好的应用前景。石地下工程和基础工程等都有很好的应用前景。2.通过对通过对DDA理论的深入研究，必将促进该方理论的深入研究，必将促进该方法在岩石力学领域的应用，从而推动岩石力学法在岩石力学领域的应用，从而推动岩石力学的发展。的发展。*268.
21、3 岩石损伤力学岩石损伤力学（1）概述）概述1.损伤损伤 是指在各种加载条件下，材料内凝聚力的渐进性减弱，是指在各种加载条件下，材料内凝聚力的渐进性减弱，并导致体积单元破坏的现象。损伤并不是一种独立的并导致体积单元破坏的现象。损伤并不是一种独立的物理性质，它是作为一种物理性质，它是作为一种“劣化因素劣化因素”被结合到弹性、被结合到弹性、粘性、粘弹性介质中去的。粘性、粘弹性介质中去的。2.损伤力学的基本思想损伤力学的基本思想 材料在外界的作用下，由于内部缺陷的产生和发展而材料在外界的作用下，由于内部缺陷的产生和发展而劣化，且此过程是不可逆的。材料的破坏过程就是这劣化，且此过程是不可逆的。材料的破
22、坏过程就是这种劣化的累计过程，当累积至一定程度后材料就产生种劣化的累计过程，当累积至一定程度后材料就产生宏观裂纹，致使材料破坏。宏观裂纹，致使材料破坏。*273.损伤力学损伤力学 是把各种缺陷（损伤）的材料笼统地看成含有是把各种缺陷（损伤）的材料笼统地看成含有“微损伤场微损伤场”的连续体来进行描述和分析的力的连续体来进行描述和分析的力学。目前损伤力学理论的发展正处于一个兴旺学。目前损伤力学理论的发展正处于一个兴旺发达的百家争鸣阶段，各国学者都有各自的研发达的百家争鸣阶段，各国学者都有各自的研究方法和见解。也就在这种理论争鸣中，损伤究方法和见解。也就在这种理论争鸣中，损伤力学被广泛应用于工程实际
23、，解释了若干材料力学被广泛应用于工程实际，解释了若干材料损伤和破坏现象。损伤和破坏现象。*28*29n4.在岩体内修建各种类型的岩石工程在岩体内修建各种类型的岩石工程，如隧道、地下电站，以及大坝与桥，如隧道、地下电站，以及大坝与桥梁基础等可能会引起初始损伤的扩展梁基础等可能会引起初始损伤的扩展演化，甚至引发新的损伤。演化，甚至引发新的损伤。n5.考虑裂隙的大小、方位、数目及分考虑裂隙的大小、方位、数目及分布情况，引用连续损伤力学原理并结布情况，引用连续损伤力学原理并结合岩石的力学性质可以解决目前一些合岩石的力学性质可以解决目前一些岩石工程问题。岩石工程问题。（2）岩石损伤力学的研究内容）岩石损
24、伤力学的研究内容1.若干概念若干概念1）损伤力学的概念起源于损伤力学的概念起源于KachanovKachanov（1958）在）在研究材料蠕变断裂时引用的研究材料蠕变断裂时引用的“连续性因子连续性因子”和和“损损伤因子伤因子”的概念。如图所示的简单拉伸试件，其的概念。如图所示的简单拉伸试件，其原始横截面积为原始横截面积为A A0 0，由于某种原因产生损伤后，由于某种原因产生损伤后的瞬时表观面积为的瞬时表观面积为A，此时横截面积上出现孔，此时横截面积上出现孔隙的总面积为隙的总面积为A AD D，试件实际承载面积为，试件实际承载面积为A Aefef，则：，则：*30*313）损伤因子）损伤因子2）
25、连续性因子）连续性因子4）Kachanov（1958）定义连续性）定义连续性损伤损伤因子因子 时，并没有明确地把时，并没有明确地把 解释为面积比，只解释为面积比，只把它说成代表某种把它说成代表某种“损伤损伤”。但是为了对。但是为了对损伤变量进行物理测量，必须找出它同某损伤变量进行物理测量，必须找出它同某些可测物理量之间的联系，可到目前为止，些可测物理量之间的联系，可到目前为止，如何定义损伤变量、解释损伤变量和进行如何定义损伤变量、解释损伤变量和进行损伤变量的测定，一直是损伤力学学科中损伤变量的测定，一直是损伤力学学科中最有争议的问题之一。最有争议的问题之一。*32（2）脆性损伤的基本假定）脆性
26、损伤的基本假定1.岩体是由基体（无裂纹部分）和损伤体（微岩体是由基体（无裂纹部分）和损伤体（微裂纹部分）两部分组成的；裂纹部分）两部分组成的；2.岩体的基体为各向同性的弹性介质；岩体的基体为各向同性的弹性介质；3.岩体的损伤体为无屈服强度的刚塑性体；岩体的损伤体为无屈服强度的刚塑性体；4.弹性变形不会引起岩体的损伤；弹性变形不会引起岩体的损伤；5.净水压力不会引起岩体的损伤；净水压力不会引起岩体的损伤；6.岩体中的基体及损伤部分的变形是协调的岩体中的基体及损伤部分的变形是协调的（即它们的应变是相等的）。（即它们的应变是相等的）。*33（3）有效应力概念）有效应力概念在单轴拉伸下在单轴拉伸下 式
27、中，式中，有效应力，相当于无损伤截面上的有效应力，相当于无损伤截面上的应力；应力；净应力；净应力；损伤变量；损伤变量；受载试件断面的实际面积与表观面受载试件断面的实际面积与表观面积的比值；积的比值；轴向压（拉）力；轴向压（拉）力；无损伤截面面积；无损伤截面面积；*34（4）应变等效原理）应变等效原理1.损伤材料在有效应力作用下产生的应变与损伤材料在有效应力作用下产生的应变与同种材料无损时发生的应变等效。同种材料无损时发生的应变等效。2.根据这一原理，受损岩石的本构关系可以根据这一原理，受损岩石的本构关系可以通过无损岩石的本构关系得到，只要将应通过无损岩石的本构关系得到，只要将应力换为有效应力即
28、可。力换为有效应力即可。*35（5）Betti能量互易定理能量互易定理 多裂纹各向异性的固体等效弹性应变能等多裂纹各向异性的固体等效弹性应变能等于相应无裂纹各向同性固体的应变能与固于相应无裂纹各向同性固体的应变能与固体中多裂纹产生的附加应变能之和。体中多裂纹产生的附加应变能之和。（6）损伤具有不可逆性）损伤具有不可逆性 损伤状态方程满足不可逆过程的约束条件损伤状态方程满足不可逆过程的约束条件和基本定律。和基本定律。*36（7）研究方法）研究方法1.微观方法（材料学微观方法（材料学金属物理学金属物理学方法）；方法）；2.细观方法（统计学方法）；细观方法（统计学方法）；3.宏观方法（唯象学方法）；
29、宏观方法（唯象学方法）；4.宏、细、微观相结合的研究方法。宏、细、微观相结合的研究方法。*37（8）损伤变量及其确定）损伤变量及其确定1.微观量度微观量度孔洞的数目、长度、面积以及体积等；孔洞的数目、长度、面积以及体积等；孔洞的几何形状、排列与方向，及由此确定的有效孔洞的几何形状、排列与方向，及由此确定的有效面积。面积。2.宏观量度宏观量度弹性常数、应力与应变大小；弹性常数、应力与应变大小；屈服应力、拉伸强度；屈服应力、拉伸强度；长期强度、蠕变破坏时间；长期强度、蠕变破坏时间；伸长度；伸长度；密度、容重；密度、容重；电阻、超声波速与声发射。电阻、超声波速与声发射。*388.4 智能岩石力学智能
30、岩石力学（1）智能岩石力学的由来）智能岩石力学的由来1.许多岩石力学问题都是可用的数据十分有限，许多岩石力学问题都是可用的数据十分有限，问题的特征和内在规律有些或多或少的清楚，问题的特征和内在规律有些或多或少的清楚，有些根本无法弄清楚。这两个方面的问题已有些根本无法弄清楚。这两个方面的问题已成为岩石力学数值模拟的瓶颈问题。成为岩石力学数值模拟的瓶颈问题。2.由于地质数据和岩体性能中存在不确定性，由于地质数据和岩体性能中存在不确定性，模型模型(本构关系、判据本构关系、判据)和力学参数的选取、和力学参数的选取、模型结果的解释等本身需要人的判断和模型模型结果的解释等本身需要人的判断和模型使用者的经验
31、，因此很难给建模者提供设计使用者的经验，因此很难给建模者提供设计需要的一个完整的数据集。需要的一个完整的数据集。*39*40n3.所以，即使是做了大量的计算之后，所以，即使是做了大量的计算之后，许多工程的决策仍然依赖于工程师的经许多工程的决策仍然依赖于工程师的经验。验。n4.4.为了突破为了突破“数据有限数据有限”和和“变形破坏变形破坏机理理解不清机理理解不清”的瓶颈，研究者在智能的瓶颈，研究者在智能科学和系统科学理论的基础上，提出了科学和系统科学理论的基础上，提出了智能岩石力学。智能岩石力学。l（2）智能岩石力学及其特征）智能岩石力学及其特征n1.1.智能岩石力学及其研究方法智能岩石力学及其
32、研究方法2.智能岩石力学是应用人工智能的思想，研究智能岩石力学是应用人工智能的思想，研究智能化的力学分析与计算模型，研制具有感知、智能化的力学分析与计算模型，研制具有感知、推理学习、联想、决策等思维活动的计算机综推理学习、联想、决策等思维活动的计算机综合集成智能系统。合集成智能系统。3.智能岩石力学是将人工智能专家系统、神经智能岩石力学是将人工智能专家系统、神经网络、模糊数学、非线性科学和系统科学的思网络、模糊数学、非线性科学和系统科学的思想与岩体力学进行交叉和综合而发展起来的一想与岩体力学进行交叉和综合而发展起来的一种新的学科分支。因此，它是一个多学科交叉种新的学科分支。因此，它是一个多学科
33、交叉的综合体系。的综合体系。4.4.智能岩石力学的研究方法采用自学习、非线智能岩石力学的研究方法采用自学习、非线性动态处理、演化识别、分布式表达等非一对性动态处理、演化识别、分布式表达等非一对一的映射研究方法以及多方法的综合集成研究一的映射研究方法以及多方法的综合集成研究模式。模式。*41（3）智能岩石力学与智能岩石力学与传统岩石力学的区别与联系传统岩石力学的区别与联系*42*43*44*45*46（4）智能岩石力学的主要研究思路和内容智能岩石力学的主要研究思路和内容1.1.智能岩石力学研究概括起来可以包括智能岩石力学研究概括起来可以包括3 3个方个方面：面：1）基本理论研究；基本理论研究；2
34、）基础技术、算法和工具的研究；基础技术、算法和工具的研究；3）与岩石工程相结合的研究。与岩石工程相结合的研究。2.2.三者之间的关系下如图所示三者之间的关系下如图所示*47*483.3.基本理论研究基本理论研究基本理论研究方面主要探索面向岩石力学与工基本理论研究方面主要探索面向岩石力学与工程问题的专家系统模型、神经网络模型、非线程问题的专家系统模型、神经网络模型、非线性科学方法、非线性系统力学方法、系统工程性科学方法、非线性系统力学方法、系统工程地质方法、开挖动态力学方法、岩体本构模型地质方法、开挖动态力学方法、岩体本构模型识别自适应方法、有限数据的推广方法、定性识别自适应方法、有限数据的推广
35、方法、定性到定量的综合集成方法等。到定量的综合集成方法等。4.4.基础技术研究基础技术研究 基础技术方面是根据理论研究的成果构造出的基础技术方面是根据理论研究的成果构造出的算法，开发出相应的集成智能软件与工具，神算法，开发出相应的集成智能软件与工具，神经网络材料模型、有限元软件、智能位移反分经网络材料模型、有限元软件、智能位移反分析工具、集成的智能化的数值分析工具等。析工具、集成的智能化的数值分析工具等。*495.5.智能岩石工程学研究智能岩石工程学研究工程应用是要探讨如何将理论研究成果和开发工程应用是要探讨如何将理论研究成果和开发的工具与具体的岩石工程问题结合的问题，例的工具与具体的岩石工程
36、问题结合的问题，例如如何进行岩石工程的稳定性分析、开挖工程如如何进行岩石工程的稳定性分析、开挖工程的优化、岩爆与地质灾害的预测与智能识别和的优化、岩爆与地质灾害的预测与智能识别和自适应控制等。自适应控制等。*50（5）智能岩石力学的未来发展趋势智能岩石力学的未来发展趋势 1.1.鉴于强地震、高温、高压、强渗透压、化学腐蚀鉴于强地震、高温、高压、强渗透压、化学腐蚀及其耦合对岩石力学问题的影响越来越复杂，智能及其耦合对岩石力学问题的影响越来越复杂，智能岩石力学的发展，是要提出能高效地分析与识别这岩石力学的发展，是要提出能高效地分析与识别这些复杂环境下岩石力学行为的具有智能分析方法、些复杂环境下岩石
37、力学行为的具有智能分析方法、全耦合的智能模型和智能数值方法（如智能温度、全耦合的智能模型和智能数值方法（如智能温度、水力、力学、化学耦合模型和分析方法），以及具水力、力学、化学耦合模型和分析方法），以及具有极强智能特征的非一对一映射的分析方法、多种有极强智能特征的非一对一映射的分析方法、多种方法的综合集成系统和模型、研究岩石损伤局部化方法的综合集成系统和模型、研究岩石损伤局部化过程的大规模精细仿真方法、多尺度岩石破坏过程过程的大规模精细仿真方法、多尺度岩石破坏过程的信息分形自相似性以及由小尺度信息预测大尺度的信息分形自相似性以及由小尺度信息预测大尺度信息的分形重构方法。信息的分形重构方法。*51
