Z1东大岩石破裂自然奖项目公示培训资料

Z1东大岩石破裂自然奖项目公示

推荐2016年度国家自然科学奖项目公示

一、项目名称

岩石破裂过程灾变机理与失稳前兆规律

二、推荐单位意见

矿山开采和岩石工程开挖引起的灾害造成大量的人员伤亡和财产损失。开采或岩石工程开挖诱发的许多工程灾害都与岩石破裂过程失稳有关，岩石破裂过程灾变机理与失稳前兆规律是认识灾害发生的机理和进行灾害预警的关键性理论与技术问题。本项研究从实验研究、数值模拟方法研究及其工程应用等方面，系统地研究了岩石破裂过程灾变机理与失稳前兆规律，创建了岩石破裂过程失稳的数值模拟方法RFPA，为岩体工程灾害研究提供了新的分析工具，推动了岩石破坏力学的发展；研究形成了以岩石微破裂监测与并行数值模拟相结合的工程岩体灾害预警新方法，在10余个典型或重大工程中得到成功应用，通过现场工程措施的实施，确保了岩石工程的安全，创造了可观的经济效益和社会效益。

该项目创建了岩石破裂过程失稳的数值模拟新方法，并为国内外同行广泛应用，在国际上具有重要的学术影响。发表20篇论著总计被他引3476次，其中被SCI-E他引541次、CPCI-S他引258次、CNKI他引2677次。包括原国际岩石力学学会主席C.Fairhurst教授、J.A.Hudson教授在内的1000多位国内外专家，都在公开出版物中给予了正面引用与评价。课题组为我国岩石力学界培养了第一个国际岩石力学学会Rocha奖获得者，实现了国际岩石力学学会设奖27年来我国零的突破。国内外学者应用岩石破裂过程分析系统RFPA获得硕士、博士学位

论文的达到60余篇。本项成果已在加拿大、瑞典、香港及国内30余所高校或研究机构得到应用，协助国内十余所高校挂牌成立了与岩石破坏机理分析相关的“数值实验室”，并在济钢张马屯铁矿突水、淮南矿业集团瓦斯突出、唐钢矿业公司突冒突涌、锦屏二级水电工程隧道施工岩爆等灾害的监测预警中得到应用，为确保岩石工程安全提供了新的手段，取得了较好的经济效益和社会效益。

特推荐国家自然科学奖一等奖。

三、项目简介

矿山开采或岩石工程开挖诱发的许多工程灾害都与岩石破裂过程失稳有关。本项研究从实验研究、数值模拟方法研究及其工程应用等诸方面，系统地研究了岩石破裂过程灾变机理与失稳前兆规律，创建了岩石破裂过程失稳的数值模拟方法RFPA，研究形成了以岩石微破裂监测与大规模高性能数值模拟相结合的工程岩体灾害预警新方法，通过现场工程措施的实施，为确保岩石工程安全提供了新的手段。该项目的主要研究及科学意义在于：

(1)建立了岩石非线性统计损伤本构理论和岩石破裂失稳灾变模型，揭示了加载系统弹性回弹行为与岩石试样相互作用所带来的岩石破裂规律的复杂性，为研究岩爆等岩体工程动力灾害奠定了理论与实验基础，推动了岩石破坏力学的发展。

(2)基于“脆性破裂孕育在小变形之中”的深刻认识，提出了基于小变形和大位移原理的岩石破裂全过程分析学术思想，建立了用细观非均匀性模拟宏观非线性、用连续介质力学方法模拟非连续介质破裂问题的新型数值分析RFPA(Rock Failure Process Analysis)方法，为岩体工程灾害研究提供了新的分析工具。

(3)基于非均匀性是岩石破坏具有前兆的基本认识，提出了岩石的微破裂是岩爆、瓦斯突出、突水、滑坡等岩体工程灾害“前兆共性特征”的学术思想，建立了基于背景应力场分析与微震监测相结合的岩体工程灾害预警方法，在10余个典型或重大工程中得到成功应用。

该项目创建了岩石破裂过程失稳的数值模拟新方法，并为国内外同行广泛应用，在国际上具有重要的学术影响。20篇论著总计被他引3476次，其中被SCI-E他引541次、CPCI-S他引258次、CNKI他引2677次。包括国际岩石力学学会的两位前任主席C. Fairhurst教授和J.A. Hudson教授在内的1000多位国内外专家，都在公开出版物中给予了正面引用与评价。美国工程院院士P.A. Cundall 博士称RFPA 方法“比Lattice 模型能够更加真实地模拟岩石的破裂过程”。加拿大工程院院士、Laurentian大学Peter Kaiser教授称RFPA 是“极具前景的数值模拟方法”。此外，还包括英国牛津大学、美国加州大学伯克利分校等世界一流大学学者的引用。

国内外应用岩石破裂过程分析系统RFPA获得硕士、博士学位论文的达到60余篇，为我国岩石力学界培养了第一个国际岩石力学学会Rocha奖获得者，实现了国际岩石力学学会设奖27年来我国零的突破。本项成果已在加拿大、瑞典、香港及国内30余所高校或研究机构得到应用，协助国内十余所高校挂牌成立了与岩石破坏机理分析相关的“数值实验室”，并在济钢张马屯铁矿突水、淮南矿业集团瓦斯突出、唐钢矿业公司突冒突涌、锦屏二级水电工程隧道施工岩爆等灾害的监测预警中得到应用，确保了岩石工程的安全，取得了较好的经济效益和社会效益。

四、客观评价

本项研究20篇论著总计被他引3476次，其中被SCI-E他引541次、CPCI-S他引258次、CNKI他引2677次。该项目的学术贡献及国内外评价体现在如下三个方面：

(1)建立了岩石非线性统计损伤本构理论和岩石破裂失稳灾变模型，揭示了加载系统弹性回弹行为与岩石试样相互作用所带来的岩石破裂规律的复杂性，为研究岩爆等岩体工程动力灾害奠定了理论与实验基础。

美国工程院院士、第七届国际岩石力学学会主席C.Fairhust教授在国际岩石力学学会会刊《ISRM News Journal》的前言“From the President”中给予该成果两个自然段的专门评述，称“唐教授的研究令人感兴趣地看到，岩石的实验室试验有时在一定程度上能够反映出大尺度现象的一些规律。在他的工作中，考虑了加载机的回弹行为和受载岩石破坏后区行为的相互作用。……我们再次看到，有关压缩破裂和非稳定变形机制研究的解析和数值分析模型，不仅可以对于试验的设计提供有价值的指导，而且对于推知大尺度失稳现象也提供了一种方法。”。英国皇家工程院院士、国际岩石力学学会前主席J.A.Hudson教授在《岩石力学与工程学报》发表的“书评”中评价申报人“将加载系统的刚度概念应用于大尺度地质体的开创性思想对于理解失稳现象是一个有重要意义的进步，进而推广到剪切失稳模式更是一个重大的发展”。

(2)建立了用细观非均匀性模拟宏观非线性、用连续介质力学方法模拟非连续介质破裂问题的新型数值分析RFPA(Rock Failure Process Analysis)方法，为岩体工程灾害研究提供了新的分析工具。