近期，安徽理工大学和中国矿业大学等单位的Yang Rongzhou（通讯作者）、Xu Ying、Chen Peiyuan、Zhang Quan（通讯作者）、Yu Meilu、Qiu Zhencheng、Wang Linbing与Wang Gang在Journal of Dynamic Disasters发表题为“Numerical study on rockburst induced by spalling-structural buckling in surrounding rock with vertically parallel joints of deep hard-brittle large-section square tunnel under cyclic loading-unloading”的原创研究论文。该研究采用循环加载版RFPA2D建立100 m × 100 m二维模型，在70∼130 MPa循环加载下模拟竖向平行节理围岩岩爆演化，揭示其“应力集中→定向劈裂→板裂成型→屈曲失稳”的渐进破坏特征，阐明了板裂屈曲岩爆失稳的循环动力学诱发机制。
深部硬脆围岩中的大断面方形隧洞具有明显角部应力集中和空间效应，竖向平行节理会削弱岩体完整性并引导围岩形成竖向板裂。
既有研究对节理结构面、方形断面应力集中和循环加-卸载耦合作用下的屈曲型岩爆机制认识仍不充分。
本文通过损伤云图、AE信号、循环变形、单元应力和位移演化，建立了从微裂纹萌生到板裂屈曲失稳的数值证据链。
第一，聚焦“竖向平行节理”与“大断面方形隧洞”耦合特征，明晰了其在循环加-卸载下更易诱发板裂结构屈曲岩爆的规律。
第二，阐明了“应力集中→定向张裂→板裂成型→屈曲失稳”的渐进破坏全过程，揭示了节理导向板裂结构屈曲是岩爆的核心诱因。
第三，提出了基于声发射（AE）信号的突变点与变形参数的线性累积效应作为岩爆前兆预测指标。
第四，揭示了AE损伤呈“慢增→突增”非线性演化及累积指数增长规律，明确了循环荷载下损伤加速劣化机制。
图1给出数值模型构造逻辑，突出方形隧洞侧壁自由面、竖向平行节理和循环荷载共同诱发竖向板裂与屈曲失稳。
图1：数值模型构造原理示意图
图2为70∼130 MPa循环加-卸载模式，用于模拟上覆岩层重量与施工扰动等复杂多变荷载的耦合作用。
图2：循环加-卸载模式
图3显示不同均质度指数m下材料参数α分布，说明RFPA2D通过细观参数随机性表征岩体非均质性。
图3：不同均质度指数m下材料参数α分布
图4为拉-压损伤本构曲线，区分拉伸损伤和压剪损伤，为裂纹扩展、AE损伤和失稳模拟提供力学基础。
图4：压缩与拉伸损伤本构关系
图5展示损伤云图与AE云图演化。前5∼9个循环为初始损伤积累，第10∼19个循环形成竖向板裂，第20∼24个循环出现屈曲失稳。
图5：循环加载完成状态下损伤云图与AE云图演化
图6量化AE损伤演化，AE计数早期缓慢增加、后期快速突增；累计AE损伤计数呈指数增长，拟合相关系数为0.99。
图6：AE损伤计数、累计AE损伤计数与疲劳AE损伤累积速率
图7定义加载变形、卸载变形、弹性变形与残余变形，为识别疲劳损伤累积提供指标体系。
图7：循环变形计算方法
图8显示轴向循环变形显著大于横向变形，并随循环次数持续增加；多个轴向变形指标与加载变形呈显著正线性关系。
图8：循环位移曲线及线性演化关系
图9显示水平应力基本稳定，而竖向应力持续集中并在第24个循环超过250 MPa，成为诱发板片屈曲的重要力学因素。
图9：单元X向、Y向和XY向应力演化
图10表明位移随循环逐步累积，失稳时出现突变，可与应力集中共同作为屈曲型岩爆前兆信息。
图10：单元X向和Y向位移演化
Numerical study on rockburst induced by spalling-structural buckling in surrounding rock with vertically parallel joints of deep hard-brittle large-section square tunnel under cyclic loading-unloading
Rongzhou Yang, Ying Xu, Peiyuan Chen, Quan Zhang, Meilu Yu, Zhencheng Qiu, Linbing Wang, Gang Wang
Anhui Key Laboratory of Mining Construction Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China；Anhui Engineering Research Center of New Explosive Materials and Blasting Technology, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China；School of Civil Engineering and Architecture, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China；State Key Laboratory of Digital and Intelligent Technology for Unmanned Coal Mining, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China；School of Mines, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China
Journal of Dynamic Disasters
2026,Volume 2,Article 100067
DOI：https://doi.org/10.1016/j.jdd.2026.100067
期刊主页
投稿入口
Journal of Dynamic Disasters 是一本国际学术期刊，致力于发表关于动力灾害领域的权威文章。期刊涵盖的研究主题包括地震、风灾、海浪、爆炸、冲击、机械振动以及环境振动等。本期刊重点收录对各类工程结构（如土木工程结构、机械工程结构、航空航天结构、海洋结构）在动力灾害作用下的动力分析、灾变机理、灾害防控、灾害监测、灾害评估以及灾后修复等方面的原创性研究与典型案例研究。
期刊欢迎跨学科研究成果投稿，涵盖领域包括但不限于传感技术、信号处理及动力灾害的智慧管控等。
结构动力分析
结构的灾变机理
振动波的产生与传播分析
结构的灾害防御
结构健康监测
结构的灾害评估
结构的灾后修复
结构及动力灾害的传感与信号处理
动力灾害的智慧管控
本期刊免除所有论文的版面费用，并为录用论文提供免费出版服务。所有录用论文均有资格参评“优秀论文奖”。
编辑精选
点击下方阅读原文，查看文章详情
KeAi
植根中国，影响全球！
科爱由科学出版社和Elsevier共同投资成立，发布了超过两百种英文学术期刊，囊括了自然科学、地球科学、材料、工程、医学、生命科学、社会科学等学科。
关注科爱，时刻了解期刊动态！
期刊列表：
www.keaipublishing.com/en/journals/