滚石灾害是山地工程中的高风险问题，现实中的滚石并非完整的岩体，而往往内部存在大量节理(即天然裂缝)，这些结构决定了滚石在撞击地面时是否、如何破裂。这不仅改变了其运动路径，也加剧了灾害的不确定性。然而，现有研究多采用连续介质模型，难以揭示节理引导下的破裂路径。
针对上述问题，中国科学院成都山地灾害与环境研究所何思明团队吴永副研究员等，基于离散元方法(DEM)研究了三维节理结构对滚石冲击破碎行为的影响，提出了“体积破碎率”等定量指标，并揭示了节理在影响破坏模式、能量耗散等方面的重要作用。研究基于室内试验与数值模拟相结合的方法，探讨了预存节理的几何特征(长度、角度、厚度、位置)对滚石冲击破碎的机制影响。
研究结果表明，滚石内部的预存节理几何特征在很大程度上决定了其冲击破碎的模式与能量耗散过程：当节理长度超过临界值(约为滚石直径的40%)时，滚石更容易沿节理断裂。节理倾角为45°时破碎最为剧烈，主碎块数量最多，体积破碎率最高。当节理厚度接近模型中最大颗粒半径时，裂纹更易沿节理贯通，形成大尺度破碎。而节理位置若位于滚石中间偏边缘区域，能显著提升整体破碎效果，使碎块尺寸分布更均匀。此外，节理的存在降低了滚石的冲击峰值力，加快了裂纹扩展和破裂过程，最终导致滚石反弹动能大幅下降，仅为初始动能的25%左右。这些结果清晰揭示了节理对滚石破裂行为的主导机制。
以上成果得到自然科学基金、四川省引导地方项目等支持，发表在Computers and Geotechnics期刊上。
(左)具有不同几何节理的试样示意图和(右)滚石中节理的3D细节图
(a)Nm、Fr 和 FV 随时间的变化情况 (b)岩崩的分解过程及其碎片 (c)岩崩样本在撞击过程中裂缝数量的变化情况
冲击破碎结果的展示