基于CiteSpace的國內(nèi)巖石力學(xué)研究熱點(diǎn)及趨勢分析

黃德昕,溫 韜,2,3*,賈文君,胡明毅,2

(1.長江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院,湖北 武漢 430100; 2.湖北長大科技開發(fā)有限公司 加查縣分公司,西藏 山南 856499;3.湖北巴東地質(zhì)災(zāi)害國家野外科學(xué)觀測研究站,湖北 武漢 430074 )

巖石在各種應(yīng)力場發(fā)生破壞失穩(wěn),容易引發(fā)工程事故和地質(zhì)災(zāi)害,從而威脅人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。隨著社會的不斷進(jìn)步和科技的快速發(fā)展,出現(xiàn)了更加復(fù)雜的工程問題,并且人類社會對資源開發(fā)和工程技術(shù)提出了更高要求,使得巖石工程領(lǐng)域面臨著新的巨大挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對新時(shí)代對巖石工程領(lǐng)域提出的高要求,急需提高巖石力學(xué)的理論研究深度和技術(shù)方法水平。因此,巖石力學(xué)有重要的實(shí)用價(jià)值,相關(guān)研究必須不斷深入。

近年來,隨著中國各項(xiàng)重大工程的興建,國內(nèi)學(xué)者在相關(guān)研究領(lǐng)域取得一系列重要成果。例如目前已有16座礦山的開采深度超過1 000 m,修建的錦屏地下實(shí)驗(yàn)室垂直巖石覆蓋深度達(dá)2 400 m,深部巖石力學(xué)研究取得一些新進(jìn)展[1];高寒地區(qū)凍融循環(huán)作用下巖石力學(xué)性質(zhì)的變化機(jī)理研究成為目前備受關(guān)注的研究課題[2-4];通過卸荷試驗(yàn)得出巖石在卸載過程中發(fā)生破壞是沿卸荷方向發(fā)生強(qiáng)烈擴(kuò)容所致,巖石破裂以張裂隙為主[5-7]。此外,巖石的綜合性研究也是目前備受關(guān)注的重點(diǎn)問題,針對處于溫度—滲流—應(yīng)力多場耦合中的裂隙巖體,建立了多種數(shù)值模擬方法來探究裂隙擴(kuò)展過程[8-9];針對巖石宏觀—細(xì)觀—微觀的研究,建立了多尺度模型來探究巖石損傷的劣化過程[10-12]。目前國內(nèi)對巖石力學(xué)的研究范圍很廣,且研究程度不斷深入,但不少研究人員對巖石力學(xué)的研究熱點(diǎn)、發(fā)展趨勢把握不準(zhǔn),不利于尋找科學(xué)合理的研究方向。因此加強(qiáng)巖石力學(xué)文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)分析,探究巖石力學(xué)研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢很有必要。

CiteSpace軟件能夠采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法,將某一領(lǐng)域的發(fā)展演化集中展現(xiàn)在一張圖譜中,實(shí)現(xiàn)可視化地展示該領(lǐng)域的發(fā)展歷程、研究熱點(diǎn)以及未來發(fā)展的前沿方向[13]。本文基于近30年來中國知網(wǎng)(CNKI)發(fā)表的巖石力學(xué)領(lǐng)域相關(guān)文獻(xiàn),應(yīng)用CiteSpace軟件對巖石力學(xué)的研究現(xiàn)狀、研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢進(jìn)行分析,這對巖石力學(xué)的向前發(fā)展有著重要參考意義。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

本次研究使用CiteSpace軟件,對國內(nèi)巖石力學(xué)領(lǐng)域的發(fā)文作者、機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞等進(jìn)行展示,繪制可視化圖譜,分析歸納當(dāng)前的研究熱點(diǎn),預(yù)測未來的發(fā)展趨勢。

1.2 數(shù)據(jù)來源

雖然巖石力學(xué)發(fā)展歷史較早,形成于20世紀(jì)50年代末,但早期的相關(guān)文獻(xiàn)未被收錄進(jìn)CNKI數(shù)據(jù)庫。1989年中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD)創(chuàng)建,1992年工程索引(EI)開始收錄中國期刊,同年北京大學(xué)中文核心期刊要目總覽(中文核心)首次出版,1998年中文社會科學(xué)索引(CSSCI)建立,而其他數(shù)據(jù)庫收錄巖石力學(xué)領(lǐng)域期刊的時(shí)間都較晚。本文選取的研究時(shí)間從1992年開始,至本次研究的檢索時(shí)間:2022年11月7日。

本文研究數(shù)據(jù)來源于CNKI數(shù)據(jù)庫,檢索日期為2022年11月7日。打開CNKI,進(jìn)入高級檢索,輸入主題為“巖體力學(xué)”或“巖石力學(xué)”或“巖石工程”或“巖體工程”,為確保數(shù)據(jù)更具可靠性,選擇期刊來源為SCI、EI、中文核心、CSSCI、CSCD,時(shí)間跨度為1992—2022年,檢索后共得到11 366篇文獻(xiàn)。手動篩除會議記錄、封面簡介、征稿啟事等非可被引文獻(xiàn),最終獲得10 544篇文獻(xiàn)。

2 研究現(xiàn)狀分析

2.1 發(fā)文量分布情況

發(fā)文量可以直觀地展示某一領(lǐng)域的發(fā)展趨勢及研究熱度。通過對1992—2022年發(fā)文量的統(tǒng)計(jì),得出巖石力學(xué)領(lǐng)域的發(fā)文量總體上呈上升趨勢(圖1)。其中1992—2000年為起步階段,年發(fā)文量增長緩慢,每年不足100篇;2001—2015年為高速發(fā)展階段,年發(fā)文量增長迅速,在2015年達(dá)到最高,為695篇;2016年以后由于部分作者將發(fā)文陣地專向SCI期刊,導(dǎo)致年發(fā)文量較上一階段略有降低,但仍保持在每年360篇以上。同時(shí)可以看出,巖石力學(xué)領(lǐng)域發(fā)展時(shí)間較長,相關(guān)研究熱度在不斷增加,未來發(fā)展空間很大。

圖1 巖石力學(xué)研究發(fā)文量分布情況

2.2 發(fā)文期刊分布情況

期刊的質(zhì)量在一定程度上可以反映文獻(xiàn)的質(zhì)量[14]。對巖石力學(xué)領(lǐng)域的發(fā)文期刊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)1992—2022年發(fā)表該領(lǐng)域文獻(xiàn)的期刊共有407個(gè),其中《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》發(fā)文量遠(yuǎn)高于其他期刊,共發(fā)表4 082篇,占總數(shù)的38.7%;其次為《巖土力學(xué)》,發(fā)文量為733篇。涉及的期刊類型主要為巖土類、煤炭類、礦業(yè)類期刊。

發(fā)文量超過80篇的期刊共15個(gè),它們的發(fā)文量(6 837篇)占總發(fā)文量的64.8%,說明文獻(xiàn)發(fā)表相對集中(圖2)。從期刊選擇情況可以看出巖石力學(xué)研究范圍廣、跨度大,包括建筑與工程、地質(zhì)學(xué)、礦業(yè)工程、石油工業(yè)、水利水電工程等多個(gè)領(lǐng)域,學(xué)科交叉的情況十分密集。發(fā)文量排名前15的期刊中,《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》、《巖土力學(xué)》、《煤炭學(xué)報(bào)》、《巖土工程學(xué)報(bào)》、《中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》、《采礦與安全工程學(xué)報(bào)》、《煤炭科學(xué)技術(shù)》、《中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》等為EI期刊,發(fā)表的文獻(xiàn)認(rèn)可度最高;同時(shí)《巖土工程學(xué)報(bào)》、《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》和《巖土力學(xué)》被認(rèn)為是中國巖土領(lǐng)域的三大頂刊,非常具有權(quán)威性;《煤炭學(xué)報(bào)》、《煤炭科學(xué)技術(shù)》、《采礦與安全工程學(xué)報(bào)》屬于中國礦業(yè)類期刊中排前3的期刊,影響力很大。其他期刊中,《地下空間與工程學(xué)報(bào)》、《長江科學(xué)院院報(bào)》、《工程地質(zhì)學(xué)報(bào)》為CSCD期刊,《金屬礦山》、《礦業(yè)研究與開發(fā)》、《科學(xué)技術(shù)與工程》為中文核心期刊,《中國礦業(yè)》為科技核心期刊,在行業(yè)內(nèi)認(rèn)可度也很高。

圖2 巖石力學(xué)研究期刊分布情況

根據(jù)布拉德福提出文獻(xiàn)分散規(guī)律(布拉德福定律)[15],可采用公式r0=2ln(e×E×Y)來確定某一領(lǐng)域核心期刊的數(shù)量。其中,r0為核心論文數(shù)量;e為自然常數(shù),取值為2.718 28;E為歐拉系數(shù),通常取值為0.577 2;Y為該領(lǐng)域發(fā)文量最多的期刊的發(fā)文量,取《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》的發(fā)文量,即Y=4 082篇。從而求出r0=17.53篇,即核心期刊為發(fā)文量不少于18篇(r0計(jì)算結(jié)果取整)的期刊,據(jù)此統(tǒng)計(jì)核心期刊數(shù)量為133個(gè)。

2.3 發(fā)文機(jī)構(gòu)共現(xiàn)分析

機(jī)構(gòu)發(fā)文量能夠很好地反映該機(jī)構(gòu)的研究成果及研究方向。進(jìn)行發(fā)文機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)分析時(shí),將機(jī)構(gòu)隸屬實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)隸屬學(xué)院署名發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行合并,得到機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜(圖3),共生成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)為870、連線數(shù)為1 653、密度為0.004 4。圖3中節(jié)點(diǎn)大小代表機(jī)構(gòu)發(fā)文量,連線代表機(jī)構(gòu)間的合作關(guān)系,節(jié)點(diǎn)和連線的多少展現(xiàn)了該機(jī)構(gòu)的中心性,各節(jié)點(diǎn)間連線越密集,說明機(jī)構(gòu)間的合作關(guān)系越密切。

圖3 巖石力學(xué)研究機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜

統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1)表明,巖石力學(xué)領(lǐng)域排名前10的機(jī)構(gòu)有:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所、中國礦業(yè)大學(xué)、中南大學(xué)、重慶大學(xué)、北京科技大學(xué)、武漢大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)(北京)、河海大學(xué)、成都理工大學(xué)、東北大學(xué)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)中心性>0.1時(shí),表示該節(jié)點(diǎn)為中心節(jié)點(diǎn),據(jù)此來看,中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所和中國礦業(yè)大學(xué)在該領(lǐng)域具有較大的影響力。上述機(jī)構(gòu)中,絕大多數(shù)是實(shí)力雄厚的高校,這可能與高校濃厚的學(xué)術(shù)氛圍有關(guān)。從表1還可以看出,機(jī)構(gòu)發(fā)文量的排序與中心性排序基本一致,這說明發(fā)文多的機(jī)構(gòu)與其他機(jī)構(gòu)的合作也更為密切。

表1 巖石力學(xué)研究發(fā)文量排名前10的機(jī)構(gòu)

2.4 發(fā)文作者共現(xiàn)分析

作者的發(fā)文量可以反映該領(lǐng)域的主要研究團(tuán)隊(duì)。對巖石力學(xué)相關(guān)研究的發(fā)文作者進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)為918、連線數(shù)為1 273、密度為0.003的作者共現(xiàn)圖譜(圖4),為了便于觀察統(tǒng)計(jì),圖中僅展示了發(fā)文量較高的作者。發(fā)文量排名前10的作者如表2所示,其中馮夏庭、楊春和、李術(shù)才、李夕兵、徐衛(wèi)亞的發(fā)文量過百,在領(lǐng)域內(nèi)影響力很大。楊春和的中心性為 0.13,說明他是巖石力學(xué)領(lǐng)域的核心研究力量,最具影響力。圖4還顯示,發(fā)文量較高的作者之間研究方向有所差異,但合作關(guān)系密切,說明跨學(xué)科合作對推動巖石力學(xué)發(fā)展有重要意義。

表2 巖石力學(xué)研究發(fā)文量排名前10的作者

圖4 巖石力學(xué)研究作者共現(xiàn)圖譜

根據(jù)普萊斯提出的文獻(xiàn)作者分布規(guī)律(普萊斯定律)[16],可采用公式M=0.749(ηmax)1/2來確定核心作者的數(shù)量。其中,M為核心論文數(shù)量;ηmax為該領(lǐng)域發(fā)文量最多的作者的發(fā)文量,取馮夏庭的發(fā)文量,即ηmax=173篇。進(jìn)算得出M=9.85篇,因此核心作者的發(fā)文量應(yīng)不少于10篇(M計(jì)算結(jié)果取整)。據(jù)此統(tǒng)計(jì)的巖石力學(xué)領(lǐng)域核心作者的總發(fā)文量約占該領(lǐng)域文獻(xiàn)總量的一半,與普萊斯定律50%的指標(biāo)較為一致。

2.5 發(fā)文作者與機(jī)構(gòu)合作分析

對巖石力學(xué)領(lǐng)域的作者和機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合分析,得到作者與機(jī)構(gòu)合作共現(xiàn)圖譜(圖5)。圖5中名稱大小表示發(fā)文量的多寡,與表1和表2得出的機(jī)構(gòu)、作者排名結(jié)果基本吻合,一些重要作者如馮夏庭、何滿潮、李夕兵、楊春和、李術(shù)才等,其本人或團(tuán)隊(duì)的發(fā)文量與一些機(jī)構(gòu)的發(fā)文量相當(dāng);發(fā)文量排名前10的作者也基本任職于發(fā)文量排名前10的機(jī)構(gòu)中,作者與機(jī)構(gòu)之間關(guān)系十分緊密。圖5還證明了高校是巖石力學(xué)領(lǐng)域的最主要研究力量。

圖5 巖石力學(xué)研究作者與機(jī)構(gòu)合作共現(xiàn)圖譜

圖6 巖石力學(xué)研究專利餅狀圖

2.6 專利分析

專利在一定程度上反映了該領(lǐng)域的創(chuàng)新研發(fā)能力和技術(shù)發(fā)展方向。對巖石力學(xué)領(lǐng)域相關(guān)專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)1992—2022年以“巖石力學(xué)”為主題授權(quán)的有效專利共1 269件,其中發(fā)明專利1 074件、實(shí)用新型專利193件、外觀設(shè)計(jì)專利2件,以發(fā)明專利為主,其占總數(shù)的84.6%,這表明巖石力學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)新研究質(zhì)量較高。

3 研究熱點(diǎn)

3.1 關(guān)鍵詞聚類分析

聚類知識圖譜是把某領(lǐng)域文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞按意思相近或相同聚為一類,從而組合形成新的聚類標(biāo)簽詞,聚類標(biāo)簽詞能夠反映該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。為了便于統(tǒng)計(jì)分析,選取了前17個(gè)聚類標(biāo)簽詞(圖7),包括:#0巖石力學(xué)、#1穩(wěn)定性、#2力學(xué)特性、#3損傷、#4地應(yīng)力、#5巖體工程、#6巖體力學(xué)、#7理論與應(yīng)用、#8預(yù)測、#9應(yīng)力、#10井眼穩(wěn)定、#11評價(jià)、#12數(shù)值模擬、#13預(yù)報(bào)模型、#14巖石蠕變、#15巖體強(qiáng)度、#16彈性波速。CiteSpace軟件提供了聚類模塊值(Q值)和聚類平均輪廓值(S值)兩個(gè)指標(biāo),用來評判圖譜繪制效果,一般Q>0.3、S>0.5即表示聚類合理。本次研究的關(guān)鍵詞聚類圖譜的Q=0.576、S=0.857,表明劃分的聚類結(jié)構(gòu)合理、效果顯著,具有信服力。同時(shí)各聚類之間重疊度較高,說明聚類內(nèi)容是相互交織的。

圖7 巖石力學(xué)研究關(guān)鍵詞聚類圖譜

根據(jù)聚類結(jié)果可以得到關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聚類表(表3),表3中截取了聚類排名前10的關(guān)鍵詞,可以更加直觀、準(zhǔn)確地展示巖石力學(xué)研究關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系。

表3 巖石力學(xué)研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聚類表

3.2 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析

圖8列舉了排名前20的突現(xiàn)詞,Year表示關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)年份,Strength表示突現(xiàn)強(qiáng)度,Begin和End表示該關(guān)鍵詞作為前沿?zé)狳c(diǎn)的起始年份和終止年份,突現(xiàn)圖譜紅色區(qū)域表示研究熱點(diǎn)的持續(xù)時(shí)間。圖譜分為兩個(gè)階段,1992—2015年熱點(diǎn)關(guān)鍵詞為三峽工程、穩(wěn)定性、預(yù)測、巖石、巖體、遺傳算法、地下工程、試驗(yàn)研究、鹽巖、大理巖、節(jié)理;2014—2022年熱點(diǎn)關(guān)鍵詞是頁巖、裂紋擴(kuò)展、微震監(jiān)測、破壞模式、加載速率、凍融循環(huán)、力學(xué)特性、損傷演化、能量演化?！叭龒{工程”是圖譜中突現(xiàn)強(qiáng)度最大的關(guān)鍵詞,三峽工程作為舉世矚目的跨世紀(jì)特大型水利水電工程,1992年開始施工,迅速成為巖石力學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),引發(fā)眾多學(xué)者對三峽工程重難點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行研究,針對大江截流、混凝土防滲墻施工技術(shù)、邊坡巖體穩(wěn)定性、巖石強(qiáng)度、船閘高邊坡等問題展開了大量試驗(yàn)和研究。

圖8 巖石力學(xué)研究關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖譜

3.3 被引次數(shù)分析

圖9列舉了巖石力學(xué)領(lǐng)域被引次數(shù)排名前20的文獻(xiàn),這些文獻(xiàn)可以歸納為隧道巖石力學(xué)、深部巖體力學(xué)、巖石力學(xué)參數(shù)、邊坡穩(wěn)定性等4類,與關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖譜較為一致,被引次數(shù)高的文獻(xiàn)都是某一時(shí)期的突現(xiàn)詞,如裂紋擴(kuò)展、破壞模式、加載速率、損傷演化、能量演化等都與邊坡穩(wěn)定性有關(guān)。其中多篇文獻(xiàn)是相關(guān)研究方向的重要綜述性文章,如孫鈞[18]撰寫的“巖石流變力學(xué)及其工程應(yīng)用研究的若干進(jìn)展”,對巖石流變力學(xué)多年的重大突破進(jìn)行了總結(jié),對流變力學(xué)今后的發(fā)展作出了展望;夏元友等[19]撰寫的“邊坡穩(wěn)定性評價(jià)方法研究及發(fā)展趨勢”,綜合分析了15種邊坡穩(wěn)定性評價(jià)方法,提出應(yīng)多角度、多因素、多學(xué)科綜合地建立模型;李術(shù)才等[20]撰寫的“隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢”,分析了鉆爆法和TBM法兩種隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,并提出了未來發(fā)展的重難點(diǎn)問題;何滿潮[21-22]發(fā)表的“深部的概念體系及工程評價(jià)指標(biāo)”首次提出“深部”的相關(guān)概念及評價(jià)指標(biāo),“深部開采巖體力學(xué)研究”總結(jié)了深部巖體的變形性質(zhì)、力學(xué)特性等,強(qiáng)調(diào)了深部巖體研究的迫切性。

圖9 巖石力學(xué)研究文獻(xiàn)被引次數(shù)排序

3.4 研究熱點(diǎn)歸納

結(jié)合高頻關(guān)鍵詞、突現(xiàn)詞和聚類信息,可知當(dāng)前的巖石力學(xué)研究熱點(diǎn)主要為深部巖石力學(xué)、凍融循環(huán)、力學(xué)特性演化規(guī)律等。

3.4.1深部巖石力學(xué)

地表空間不足、地球淺部資源枯竭等問題促使人類向地球深部進(jìn)軍,地球深部資源開發(fā)技術(shù)已成為各國爭先探索的新興研究熱點(diǎn)。“十四五”提出,中國要加快地球深部資源的探索進(jìn)度,加強(qiáng)核心技術(shù)研發(fā),提高地球深部資源的勘查和開采能力[23]。深部巖石具有復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境,學(xué)者們對其變形特征、成災(zāi)機(jī)理等問題展開了研究,目前已取得初步進(jìn)展。

3.4.2凍融循環(huán)

據(jù)統(tǒng)計(jì),中國可能存在凍融侵蝕現(xiàn)象的土地面積約占全國國土總面積的13.4%[24],主要分布在東北、西北及青藏高原地區(qū)。在嚴(yán)寒地區(qū),邊坡工程易受季節(jié)性凍融作用影響,頻繁引發(fā)崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害,造成巨大經(jīng)濟(jì)損失;在高寒地區(qū),凍融作用使路基和鋼軌凹陷或隆起,久而久之造成路基翻漿、下沉等,嚴(yán)重影響軌道交通安全。例如川藏鐵路作為世界上地形地質(zhì)條件最復(fù)雜的鐵路工程,穿越了高寒帶島狀山地凍土區(qū),凍融侵蝕對鐵路施工和維護(hù)的影響一直是研究熱點(diǎn)[25]。

3.4.3力學(xué)特性演化規(guī)律

巖石的力學(xué)特性一直是巖石力學(xué)研究的重點(diǎn)方向,通過試驗(yàn)和數(shù)值模擬的手段探究巖石發(fā)生破壞時(shí)的裂紋擴(kuò)展演化機(jī)理,能有效預(yù)測巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)、巖爆等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。隨著西部陸海新通道、南水北調(diào)、西電東送等重大工程的推進(jìn),學(xué)界對巖石力學(xué)特性的研究熱度一直很高[26]。目前靜態(tài)載荷作用下巖石力學(xué)特性的研究已取得豐碩成果,針對巖石動態(tài)變形破壞的裂化擴(kuò)展機(jī)理和三維應(yīng)力作用下的巖石破壞機(jī)理仍是需要攻克的難題[27-28]。巖石破壞是受能量驅(qū)動的,研究巖石能量演化規(guī)律是防止地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的有效措施之一[29]。隨著巖石工程的日益增多,巖石力學(xué)特性的研究也在逐步加深,研究方向趨向復(fù)雜化、多元化,促進(jìn)了多場耦合作用下巖石力學(xué)特性、巖體流變力學(xué)特性、巖石動態(tài)或動靜組合加載力學(xué)特性以及多因素作用下巖石力學(xué)特性等研究。

4 研究趨勢分析

在聚類圖譜的基礎(chǔ)上加入時(shí)間因素形成時(shí)間圖譜,可進(jìn)一步揭示不同時(shí)期巖石力學(xué)領(lǐng)域關(guān)鍵詞的演化過程。關(guān)鍵詞時(shí)間圖譜如圖10所示,節(jié)點(diǎn)位置上方的年份表示該關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)的時(shí)間,線條代表關(guān)鍵詞間的聯(lián)系[15]。將關(guān)鍵詞按照時(shí)間發(fā)展脈絡(luò)加以分類,可以看出基于關(guān)鍵詞#1穩(wěn)定性、#2力學(xué)特性、#3損傷和#12數(shù)值模擬的研究持續(xù)時(shí)間較長;#2力學(xué)特性的節(jié)點(diǎn)數(shù)量最多,且在1992—2004年最為密集,說明力學(xué)特性衍生出的新關(guān)鍵詞較多,學(xué)者對其關(guān)注度居高不下;#0巖石力學(xué)的節(jié)點(diǎn)最大,說明該關(guān)鍵詞在巖石力學(xué)領(lǐng)域研究熱度最高;#1穩(wěn)定性研究熱度也較高,1992—2000年節(jié)點(diǎn)密集,學(xué)者研究成果豐富。

圖10 巖石力學(xué)研究關(guān)鍵詞時(shí)間圖譜

巖石力學(xué)領(lǐng)域的總體發(fā)展趨勢是由淺部巖石區(qū)向深部巖石區(qū)發(fā)展,由單一影響因素向多場耦合發(fā)展,由宏觀、細(xì)觀、微觀單尺度向多尺度發(fā)展,并且隨著時(shí)代的發(fā)展,實(shí)驗(yàn)儀器和方法更加精細(xì)和智能化。

5 結(jié)論與展望

5.1 結(jié)論

本文基于CiteSpace軟件,從作者、機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞等方面對巖石力學(xué)研究現(xiàn)狀和熱點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,探究巖石力學(xué)未來發(fā)展方向,得到以下認(rèn)識:過去30年巖石力學(xué)領(lǐng)域發(fā)文量總體呈上升趨勢;發(fā)表在巖土類期刊的文獻(xiàn)占多數(shù);發(fā)文機(jī)構(gòu)以高校為主;該領(lǐng)域核心作者發(fā)表了該領(lǐng)域約一半的文獻(xiàn),且與機(jī)構(gòu)之間合作密切;巖石力學(xué)領(lǐng)域近幾年的研究方向主要在深部巖石力學(xué)、凍融循環(huán)、力學(xué)特性演化規(guī)律等方面;隨著國家政策的調(diào)整和社會需求的變化,巖石力學(xué)的重點(diǎn)研究方向也在改變,從2005年明確深部巖體的概念到2021年“雙碳計(jì)劃”的提出,可以看出綠色化、智能化將成為未來發(fā)展的主題。

5.2 展望

5.2.1多學(xué)科交叉的巖石力學(xué)

多學(xué)科交叉是科技和工程長足發(fā)展的必然條件,學(xué)科交叉的方向通常是科學(xué)探索的前沿方向,更易于產(chǎn)生重大突破。巖石力學(xué)是一門隨著工業(yè)發(fā)展興起的新興學(xué)科,應(yīng)用范圍涉及建筑、水利水電、采礦、道路等眾多與巖石有關(guān)的工程領(lǐng)域,需要和各學(xué)科進(jìn)行交叉。隨著人工智能化、信息化、綠色化逐漸成為各學(xué)科的研究方向,也將對巖石力學(xué)研究產(chǎn)生顛覆性影響。

5.2.2多場耦合的巖石力學(xué)

地下巖體賦存環(huán)境復(fù)雜,存在高溫、高地應(yīng)力、高巖溶水壓以及強(qiáng)烈的開采擾動等問題,從而產(chǎn)生了多場耦合效應(yīng)。多場耦合問題是深部巖體區(qū)別于地表巖體的重要因素,是未來巖體力學(xué)長期發(fā)展的方向。隨著中國深部資源開采和地下空間開發(fā)等需求的不斷增長,巖石在水流—溫度—應(yīng)力多場耦合作用下的變形機(jī)制、破壞效應(yīng)等問題,將成為未來巖石力學(xué)研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

5.2.3“雙碳計(jì)劃”對巖石力學(xué)提出新要求

面對嚴(yán)峻的環(huán)境問題,中國提出了“雙碳計(jì)劃”,即2030年達(dá)到碳達(dá)峰,2060年達(dá)到碳中和?！半p碳計(jì)劃”的實(shí)現(xiàn),需要建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng),探索清潔能源勘查開發(fā),發(fā)展碳封存和固碳技術(shù)及其他措施,工程建設(shè)需求很大。大部分待建工程主要集中在西部地區(qū),當(dāng)?shù)馗吆吆０蔚奶攸c(diǎn)使得地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜,這也對巖體工程建設(shè)提出了新要求。