近日，我院杨志强副教授团队在多尺度断裂力学领域取得重要进展。该研究提出了一种考虑微裂纹张开、闭合及摩擦滑移机制的新型多尺度断裂相场模型，揭示了地质材料内部微裂纹结构与宏观各向异性弹塑性断裂行为之间的关联。相关研究成果以《随机分布微裂纹地质材料各向异性脆性-延性断裂的多尺度相场模型》（A multiscale phase field model for anisotropic brittle and ductile fracture in geomaterials with randomly distributed microcracks）为题发表在固体力学旗舰期刊《固体力学与物理学期刊》（Journal of the Mechanics and Physics of Solids）。
岩石、混凝土等准脆性材料广泛应用于重大工程结构和能源资源开发领域，其断裂失效行为直接关系到工程安全和地质灾害防控。此类材料的宏观破坏通常起源于内部大量随机分布微裂纹的萌生、扩展及相互贯通，最终形成宏观裂纹和失稳破坏。然而，由于微观裂纹尺度与工程结构尺度之间存在显著差异，传统断裂模型难以兼顾计算效率与微观机制表征能力，微裂纹分布特征及其演化机制对宏观断裂行为的影响规律仍缺乏有效的定量描述。
针对上述问题，研究团队提出了一种考虑微裂纹张开、闭合及摩擦滑移机制的多尺度断裂相场模型，将微裂纹分布特征与宏观断裂行为建立了定量关联。该模型能够统一描述微裂纹张开诱导的脆性断裂和闭合滑移导致的塑性破坏，并自然反映微裂纹优势取向引起的材料刚度、塑性及断裂韧性的各向异性特征。通过多个典型算例验证，模型成功模拟了边坡滑移失稳、压缩条件下翼裂纹与次生裂纹扩展以及页岩层理诱导的各向异性断裂等典型现象，能够准确预测复杂加载条件下地质材料的断裂演化过程，为岩土工程灾害预测与工程结构安全评估提供了新的理论方法和技术支撑。
图1. 单裂隙试样单轴压缩过程中的裂纹扩展演化
图2. 不同微裂纹取向集中度下页岩完全破坏状态的贯
论文第一作者为哈尔滨工业大学硕士研究生尤贺亮，通讯作者为哈尔滨工业大学杨志强副教授。该研究获国家自然科学基金项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmps.2026.106795
图文：杨志强
初审：王猛
复审：郭继峰
终审：明麟
