工业软件是新一代信息技术产业的灵魂，被誉为数字经济时代工业领域的“皇冠”，工程仿真软件更是“皇冠上的明珠”，融合了工程学、数学、力学、物理学和计算机科学等多学科的算法和技术，涉及学科广，技术难度高。欧美等发达国家的商业软件占据大部分国际市场，发展国产可控的工程仿真软件迫在眉睫。
针对隧道与地下工程防灾减灾的迫切需求，山东大学岩土工程团队瞄准工程灾害数值仿真前沿技术，在工程灾变模拟的理论与方法上不断创新。2023年4月，山东大学岩土工程团队自主研发出岩土工程灾变分析软件HazE，有力提升了国产工程仿真软件的自主创新能力，助力打造中国工程仿真软件的自主品牌，解决了工程软件关键技术难题，目前已广泛应用于隧道与地下工程岩体灾变预测和重大灾害防控中。
HazE为隧道与地下工程领域相关科研与技术人员提供了有效分析工具
组建高水平研发团队，攻克灾变演化全过程模拟难题
隧道与地下工程是国家基础设施建设的重要部分，其建设规模和难度居世界前列。由于地下赋存地下水以及大量岩溶、断层等不良地质构造，工程建设过程中经常遭遇突水突泥、围岩垮塌等重大地质灾害，严重威胁工程建设安全，灾害控制已成为决定重大工程建设成败的重中之重。
数值模拟是解决重大科学问题和复杂工程难题必不可少的研究手段，在揭示重大灾害机理、明晰灾变演化过程、提升防灾减灾水平、保障工程安全建设中发挥着至关重要的作用。针对隧道及地下工程建设面临的极端地质条件和复杂地质环境，以攻克突水突泥灾变演化全过程模拟难题为目标，山东大学岩土工程中心成立了工程计算课题组，组建了一支高水平研发团队。面对日益严峻的灾害防控形势与越来越高的工程防灾减灾要求，依托先进理论与技术方法，科学认知灾害孕育机制，深入分析灾变过程与演化规律，揭示高地应力、高水压等复杂条件下重大工程灾害机理，是实现高效防灾减灾的重要前提。
据山东大学岩土工程团队负责人介绍，岩土工程灾变模拟面临三大挑战：一是由于工程地质体是一个具有非连续性、非均质、非参数化特点的复杂三维空间结构，传统计算模型与工程实际相差甚远；二是由于灾变机理与演化过程极其复杂，现有模型与方法无法科学表征其演化过程；三是由于现有计算方法及计算机硬件水平难以支撑大规模仿真计算，制约着工程仿真软件的推广应用。
面对上述三大挑战，山东大学岩土工程团队历经近十年的科学探索与工程实践，在精确建模、科学模拟和高效计算三个方面取得了创新性突破，为自主研发仿真软件奠定了坚实基础。
多学科交叉融合创新，自主研发灾变分析软件
工程仿真软件是通过数学模型和数值算法来模拟真实世界中的复杂工程系统，能够帮助工程师更好地理解和优化工程结构性能，是提升工程建设质量、保障工程建设安全的重要工具。
聚焦隧道与地下工程突水突泥灾变演化全过程模拟难题，山东大学岩土工程团队提出了“试验揭示新机理、发现新现象、探索新规律，数值计算理论、方法创新再现演化全过程，软件自主研发加速推进软件国产化进程”的总体思路与三步走策略。
山东大学岩土工程团队通过多学科交叉融合创新，以理论方法创新为基础，开发出自主可控的岩土工程灾变分析软件HazE，包括面向用户设计的工程多物理场耦合分析通用软件HazEPD和岩体-地下水系统灾变分析专用版HazEDEM，不仅为多物理场耦合作用下岩体损伤灾变分析提供了通用分析工具，更为隧道与地下工程突水突泥演化模拟提供了专用分析软件，实现了岩体多场耦合灾变行为的科学模拟和突水突泥演化全过程的直观再现。
HazE软件界面
服务国家重大战略，解决重大工程难题
“HazE发布后，在业内受到广泛关注和认可。”山东大学岩土工程团队负责人介绍，HazE的相关成果在数值计算领域主流期刊发表了一系列高水平论文，形成了发明专利群和计算机软件著作权群，有力支撑了国产工程仿真软件自主创新，助力解决我国隧道与地下工程领域工程仿真软件长期面临的技术难题。
隧道与地下工程是我国“交通强国”战略、国家水网建设和“一带一路”倡议实施的重要支撑。随着滇中引水、YX水电工程、CZ铁路等世界级重大工程的规划与实施，工程建设面临着高海拔、高地应力、高水压、强富水等极端艰险的地质条件和建造环境，地下水作用下岩体渗流灾变诱发的突水突泥、围岩垮塌等灾害防控形势异常严峻，防灾减灾已成为服务国家重大战略、保障国家重大工程安全建设的迫切需求。
HazE的自主研发和成功应用，显著提升了隧道与地下工程领域工程仿真的科学水平，推动了国产工程仿真软件的自主创新能力。HazE为隧道与地下工程领域相关科研与技术人员提供了有效分析工具，可用于岩体特定物理力学行为的分析、预测及评价，并在规划工程建设、指导灾害防控中发挥着至关重要的作用。
目前，HazE已广泛应用于CZ铁路、滇中引水、汕头湾海底隧道、济南地铁、北京广渠路地下综合管廊等多个国家重难点工程中，实现了数十次岩体灾变行为的预测分析和调控设计，有效防范了隧道与地下工程重大地质灾害发生。
代表性工程应用
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