Ma Zhengkuo, Zhang Chunshun*, Li Congying. Thermal fracture modelling of borehole-heated rocks: a focus on inhomogeneities, physical properties, and heating rates. （Computers and Geotechnics: 2025）

钻孔加热岩石的热裂特性显著受岩石非均匀性、物理性质及加热速率影响。尽管当前多数基于Weibull分布的数值方法能考虑材料非均匀性，却常忽略真实裂纹的模拟。有限离散元法虽能有效模拟裂纹，但本研究通过整合Voronoi图与Weibull分布来建模非均质岩石，从而提升模拟效果。此外，本研究采用有限离散元-热力学损伤耦合模型模拟真实热裂纹过程。该综合模型涵盖从裂纹萌生到扩展的全过程温度与热应力场分布。通过解析解、实验数据及其他数值模拟验证模型有效性，共同揭示了岩石非均匀性、物理特性及加热速率对岩石破裂的影响。研究结果表明：不同程度的非均匀性会影响破裂行为，物理特性则会改变能量消耗与热传递过程，最终影响破裂效率。此外，快速加热可能延长应力积累时间并提高裂纹形成概率。这些发现深化了我们对加热诱导破裂机制的认识，为核废料处置、地热能开采及激光辅助岩石破碎等应用领域提供了重要的理论指导。

图1 钻孔岩石加热致裂数值分析框架

图2 Cohesive单元损伤断裂本构模型

图3 均质模型与试验和解析解对比（圆形边界）

图4 均质模型与非均质模型对比（方形边界）

图5 热裂纹扩展过程对比