赵高峰，陈华

(天津大学 建筑工程学院；水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072)

由于具有可重复、经济及参数可控等优点，数值模拟已经成为理论分析和物理实验之外的第3种研究方法[1-3]。数值模拟不但被广泛应用于隧道等地下工程在不同工况下的稳定性分析，而且被用来研究特定工程灾变问题的内在力学机理。例如，唐春安等[1]采用RFPA软件对隧道洞室周边的分区破坏机理和演化规律进行了研究，吴顺川等[2]采用三维离散元软件研究了隧道岩爆的机理。上述两个数值模拟案例分别采用了基于连续介质的有限元法和基于离散介质的离散元法。连续介质方法的基本思路是先建立求解对象的偏微分方程，然后，通过数学离散方法求解，是一种自顶向下的方法。由于其连续假设，连续介质方法在求解动态断裂等问题时具有一定的局限性。将损伤模型引入连续介质方法可增强其求解渐进动态破坏的能力，例如RFPA软件[1]及LSDYNA软件[4]采用了类似单元生死法来实现对材料渐进破坏的描述，并已成功应用于岩石动态破坏及实际工程的计算。然而，这种关于破坏的处理方式没有精确考虑破裂面的形态以及再接触，因此，该方法对破坏后的描述可能会有偏差[5]。基于离散介质的数值方法则考虑了破裂面的分离和再接触，更适合于岩石动态破坏问题，其中，最为著名的是Cundall等[6]提出的离散元和Shi[7]提出的非连续变形分析方法DDA。作为离散数值计算方法的一种，Lattice Spring Model (LSM)由亚历山大博士于1941年最早提出[8]，但由于泊松比限制问题，LSM发展一直很缓慢。……