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  • CN 62-1112/TF　
  • ISSN 1005-2518　
  • 创刊于1988年
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黄金科学技术, 2021, 29(2): 275-286 doi: 10.11872/j.issn.1005-2518.2021.02.125

采选技术与矿山管理

基于CiteSpace可视化分析下2013~2020年冻融岩石力学热点研究探析

邓红卫,1,2, 田广林1,2

1.中南大学资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083

2.中南大学高海拔寒区采矿工程技术研究中心，湖南 长沙 410083

Analysis on Hot Topics of Rock Mechanics Research in the Freeze-Thaw Environment from 2013 to 2020 Based on Visual Analysis of CiteSpace

DENG Hongwei,1,2, TIAN Guanglin1,2

1.School of Resources and Safety Engineering，Central South University，Changsha 410083，Hunan，China

2.High-altitude Cold Area Mining Engineering Technology Research Center of Central South University，Changsha 410083，Hunan，China

收稿日期: 2020-07-13   修回日期: 2020-09-14   网络出版日期: 2021-05-28

基金资助: 国家自然科学基金项目“寒区散体冻胀裂解孕育排土场灾变机理及干预机制研究”.  51874352
中南大学研究生科研创新项目“混凝土温度极限条件下微观本构特征试验研究”.  2019zzts985

Received: 2020-07-13   Revised: 2020-09-14   Online: 2021-05-28

作者简介 About authors

邓红卫（1969-），男，湖南岳阳人，教授，从事金属矿山开采、矿山安全、水资源利用与灾害防治研究工作denghw208@126.com , E-mail：denghw208@126.com

摘要

2013年以来，随着寒冷地区资源开发利用与工程建设规模不断扩大，国内外冻融岩石力学研究发展迅速。论文以2013~2020年Web of Science和CNKI数据库收录的冻融岩石力学领域相关论文为数据源，使用文献可视化软件CiteSpace构建了国内外冻融岩石力学研究的关键词共现网络、热点知识演进时区视图和发文高产机构知识图谱，并进行了图谱可视化分析。结合统计结果与知识图谱研究发现：①国内外冻岩力学研究处于快速发展阶段，参与国家和创新性研究成果逐年增加，研究状态火热；②论文在核心期刊与研究机构中的分布集中度较高，企业、科研院所课题研究参与度较低，难以发挥“产学研”综合优势；③热点研究可概括为冻融岩石多尺度力学损伤特性、裂隙岩体冻融损伤机制、岩石本构模型及数值模拟研究；④岩石多场耦合作用、成熟研究成果的工程转化运用将是后续研究的重点关注方向。

关键词： 冻融 ; 岩石力学特性 ; CiteSpace ; 知识图谱 ; 文献分析

Abstract

Since 2013，with the implementation of the “Belt and Road” Initiative，the development and utilization of resources and the scale of engineering construction in cold regions along the way have been expanding.Research on the mechanical properties of frozen rocks in cold regions at home and abroad has developed rapidly，and many valuable academic results have been obtained.However，there is no paper that summarizes the hot topics and development trends of domestic and foreign research in recent years.In order to understand the research hotspots and development trends of rock mechanics under the freezing and thawing environment from 2013 to 2020，and to provide reference and innovation space for follow-up scholars in related research，bibliometric research was conducted in this paper.By selecting the search term of TS=（freeze-thaw OR freeze-thawing OR freezing and thawing OR freezing-thawing OR frozen-thawed） and TS=（rock OR rock mass） and SU=（freeze-thaw or freeze-thaw cycle） and SU=（rock or rock mass），the subject search was performed on the academic papers in the relevant direction included in the Web of Science foreign language database and the domestic CNKI database.CiteSpace cluster analysis selects the appropriate clustering threshold and pruning method（Pathfinder），and a visually intuitive domestic freeze-thaw rock mechanics research organization cooperation network， keyword co-occurrence network， and hot research evolution time zone view knowledge map was constructed through the visual analysis of the built-in software system of Institution，Keyword，and Timezone View functions.Through comprehensive statistical analysis results of papers and the clustering structure of the knowledge map，it is found that the research on freeze-thaw rock mechanics at home and abroad is in a rapid development stage.The participating countries and research results are increasing year by year，and the research status is hot.The distribution of core journals is relatively high.As a representative journal of the research direction of rock mechanics in China，14.8% of academic papers are included in Rock and Mechanics Engineering，Rock and Soil Mechanics，and Geotechnical Engineering，indicating that a series of innovations have emerged in domestic frozen rock research achievements.The distribution of core research institutions is obvious.The University of Chinese Academy of Sciences，Central South University，and Xi’an University of Science and Technology play a key role in the cooperative network structure of publishing institutions.However，the participation of enterprises and scientific research institutes in project research is relatively low，and it is difficult to give full play to “production，study and research” comprehensive advantages，a single research model will not be conducive to the development of domestic frozen rock mechanics.The research hotspots can be summarized as research on multi-scale mechanical damage characteristics of freeze-thaw rocks，research on fractured rock mass freeze-thaw damage mechanisms，rock freeze-thaw damage constitutive models and numerical simulation research.The multi-field coupling study of rock under freezing and thawing conditions and the engineering transformation of mature research results will be the focus of subsequent related research.

Keywords： freeze-thaw ; rock mechanical properties ; CiteSpace ; knowledge graph ; literature analysis

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本文引用格式

邓红卫, 田广林. 基于CiteSpace可视化分析下2013~2020年冻融岩石力学热点研究探析[J]. 黄金科学技术, 2021, 29(2): 275-286 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2021.02.125

DENG Hongwei, TIAN Guanglin. Analysis on Hot Topics of Rock Mechanics Research in the Freeze-Thaw Environment from 2013 to 2020 Based on Visual Analysis of CiteSpace[J]. Gold Science and Technology, 2021, 29(2): 275-286 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2021.02.125

2013年以来，我国倡导的“一带一路”为世界经济共同繁荣提供了强大动力，也为沿途省区的资源开发与工程建设提供了强有力的保障（陈仁升等，2005；杜德斌等，2015）。然而，“一带一路”经济圈建设的沿途地区大部分属于低温寒区环境。这些地区的自然岩体中赋存着各种不同类型的孔隙和节理裂隙，当气温较低时，孔隙和节理裂隙水会由液相变成固相冰而产生体积膨胀，对周围岩体产生巨大的冰胀力；当气温回升时，孔隙冰融化成水，水分沿孔隙和裂隙进一步渗入，这种循环冻融作用会直接引起岩石结构强度的损伤劣化，最终导致工程破坏失稳。当前工程冻融灾害日益增多，如何减少工程冻融灾害已成为保障经济带安全快速发展亟需解决的难题，因此，解决寒区资源开发利用和基础工程建设中遇到的复杂冻融难题具有重要的现实意义。

CiteSpace是一款基于科学计量学和数据可视化背景下的文献可视化分析软件，利用软件系统的可视化分析可以形成比较直观的知识图谱，多角度呈现某一研究领域科学知识的结构分布，动态展示该研究领域的发展历程、热点主题及最新前沿研究（李杰等，2016；陈超美，2009）。

学术论文是课题研究最新成果的科学记录，是反映某研究领域的最新发展动态的主要资源。刘泉声等（2015a，2015b）和杨更社等（2018）深层次探讨了当前国内外裂隙岩体和岩石冻融损伤理论的研究进展与未来发展趋势；李长洪等（2019）分析了国内外寒区工程岩质边坡破坏失稳机制的研究现状及前沿趋势；邓红卫等（2013）检索了2001~2012年冻融岩石力学研究论文，概括归纳了相关领域的研究热点和发展现状，并在此基础上进行了展望分析。

近年来，国内外学者在相关研究方向取得了一系列新的重要学术成果，为掌握国内外近年来冻融环境下岩石力学的发展现状，笔者检索了2013~2020年Web of Science外文数据库和国内CNKI全文数据库收录的学术论文，并基于文献可视化分析软件——CiteSpace的聚类分析，分析讨论了2013~2020年冻融环境下岩石力学研究热点及发展趋势，为学者们对冻融岩石力学领域的研究探索提供参考。

1 冻融岩石力学研究文献统计分析

为更加全面地检索2013年以来国外冻融环境下岩石力学特性研究的发展现状，笔者以“冻融”、“岩石”或“岩体”为检索词段进行主题检索，词段翻译选用CNKI学术词汇翻译频次较高的检索词段，最终选择TS=（freeze-thaw OR freeze-thawing OR freezing and thawing OR freezing-thawing OR frozen-thawed）AND TS=（rock OR rock mass），并以研究领域SCIENCE TECHNOLOGY和研究方向ENGINEE-RING为主要精炼依据，在Web of Science外文数据库中检索2013~2020年收录的学术文献。在国内论文检索中，选取主题=（冻融或者冻融循环）且主题=（岩石或者岩体）为检索词段，精确检索国内CNKI数据库收录的学术论文（时间截至2020年7月12日）。剔除部分不相关的论文后，共检索到外文文献494篇，中文文献412篇，对以上检索论文的统计分析结果如下：

（1）统计结果（图1）显示（鉴于本次论文检索的2020年的论文只限于7月12日之前，不能代表整年的论文发表总数，因此，论文数量分析仅列举了2013年至2019年的论文数量），从2013年开始，国内外冻融条件下岩石力学学术论文发表数量除个别年份有降低之外，学科研究成果整体呈现递增趋势。此外，国内外冻融岩石力学研究在岩石力学研究领域的占比也基本呈现上升的发展趋势（图2）。因此，相关方向一直是国内外众多科研团队的研究热点。

图1

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图1   国内外冻融岩石力学领域年度论文发表数量统计

Fig.1   Annual statistics of papers published in the field of freeze-thaw rock mechanics at home and abroad


图2

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图2   国内外冻融岩石力学在岩石力学研究中的占比统计

Fig.2   Proportion statistics of freeze-thawing rock mechanics in rock mechanics research at home and abroad


（2）基于论文数据，笔者统计了2001~2012年和2013~2020年冻融岩石力学领域论文发表的主要国家分布。由表1可知，2013年以来，国内学者发表的相关领域的外文论文数量显著增加；同时，伊朗、土耳其和瑞士等国家也在该领域开展了一系列的探索研究。笔者认为，国内学者发表论文总数的提升，直接原因在于“一带一路”倡议的实施。根据地区基础建设规模与资源开发利用程度，基本可将“一带一路”沿途省区划分为建设领先、建设中等和建设落后共3个区段（叶龙生等，2017），具体划分如表2所示。随着“一带一路”倡议的不断推进，基础建设与资源开发程度中等及落后的省份地区将加速资源开发利用与基础工程建设。但是，建设中等与落后区块中包含的陕西、内蒙古、新疆、黑龙江、吉林、宁夏和甘肃等省份均属于寒冷地区（陈仁升等，2005），寒区特有的复杂冻融难题将很大程度地制约这些省份地区的发展进程。因此，“一带一路”建设所面临的众多冻融难题促进了国内学者的探索研究，直接加速了国内冻融岩石力学的学科发展。同理，伊朗、土耳其和瑞士等国家在寒区岩土工程实施建设中也面临着冻融难题的巨大考验，对科学研究的攻关形成了较高需求，促使众多学者在相关方向进行了大量的试验探究，并取得了丰富的研究成果。

表1   论文作者国家分布统计

Table 1  Distribution of the authors by country

年份国别论文数量/篇
2001~2012美国229
中国121
加拿大98
德国86
英国72
法国67
俄罗斯66
日本59
2013~2020中国201
美国44
土耳其28
加拿大25
伊朗22
西班牙21
德国20
瑞士18

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表2   “一带一路”倡议沿途省区划分

Table 2  Division of provinces along“Belt and Road” Initiative

区块划分省份地区
第一区块：建设领先广东、浙江、上海、辽宁、福建、重庆
第二区块：建设中等陕西、内蒙古、新疆、黑龙江、吉林、海南
第三区块：建设落后宁夏、广西、西藏、甘肃、云南、青海

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（3）根据学术论文的来源期刊统计结果，国内冻融岩石力学研究方向的学术论文分布较为集中，21.65%的论文发表在《岩石力学与工程》《岩土工程学报》《岩土力学》《冰川冻土》《工程地质学报》《科学技术与工程》《实验力学》这7种核心期刊，而《岩石力学与工程》《岩土力学》《岩土工程学报》作为国内岩石力学研究方向具有重大影响力的学术期刊，收录了其中14.8%的论文（表3）。由此可见，2013~2020年间国内冻融环境下岩石力学研究领域又涌现出一大批创新性的学术成果。

表3   国内冻融岩石力学领域学术论文来源期刊分布情况

Table 3  Distribution of academic papers source journals in the field of freeze-thawing rock mechanics in China

期刊来源论文篇数占期刊论文总数/%
《岩石力学与工程》286.79%
《岩土力学》235.58%
《岩土工程学报》102.43%
《科学技术与工程》92.18%
《冰川冻土》112.67%
《工程地质学报》、《实验力学》41%

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2 冻融岩石力学CiteSpace知识图谱聚类分析

在对外文及中文数据库进行相关论文的多字段交替检索及统计分析后，为更加直观地概括2013~2020年冻融岩石力学研究热点的发展趋势，首先将导入的Refworks格式检索文献转换为WOS格式，并通过CiteSpace软件的可视化分析构建了Keyword（关键字）、Institution（发文机构）和Time-zone View（时区视图）知识聚类图谱，软件聚类剪枝方式选取简化网络、突出知识结构的Pathfinder算法。

2.1 研究热点主题分析

关键词是学术论文研究内容的高度精炼概括，是文献统计分析的重要指标，且高频关键词的分析在一定程度上可以体现某一研究领域的探索方向，聚焦该领域的热点主题。本次研究使用可视化软件CiteSpace进行了关键词（Keyword）聚类分析，设计阈值TopN=30，即聚类分析选取的每个时间切片中出现的频次最高的前30个核心关键词。

表4和图3分别为国内外论文的重点关键词共现频数统计和聚类知识图谱。从关键词的共现频次来看，冻融循环（freeze thaw/freeze-thaw/freeze-thaw cycle）和岩石力学（rock）的节点面积最大，共现频数最高，是整个关键词共现知识图谱中的重要结构节点。此外，排名靠前的关键词还有力学特性（mechanical property）、冻融损伤（damage）、裂隙岩体（fracture）、核磁共振（porosity）和本构模型（model）等。这些共现频次较高的关键词对图谱知识结构聚类具有关键作用，也是众多学者重点关注的热点内容。重点关键词之间相互影响、相互联系，组成了国内外冻融岩石力学的主要研究内容。根据知识图谱聚类结果，结合对已有研究成果的归纳汇总（刘泉声等，2015b；杨更社等，2018），国内外冻融岩石力学研究热点可概括为岩石多角度冻融损伤识别和力学特性研究、裂隙岩体冻融损伤机制和裂隙扩展研究以及岩石冻融损伤本构模型和数值模拟研究。

表4   国内外论文关键词共现频次统计

Table 4  Statistics of keywords of academic papers at home and abroad

序号国内论文国外论文
关键词共现频次关键词共现频次
1冻融循环210Rock124
2岩石力学64Mechanical Property71
3砂岩44Deterioration67
4力学特性36Freeze thaw59
5冻胀力23Durability51
6冻融损伤/损伤19Model51
7核磁共振18Damage51
8裂隙岩体17Permafrost39
9本构模型10Fracture19

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图3

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图3   国内外论文关键词聚类知识图谱

Fig.3   Knowledge graph of keyword clustering of papers at home and abroad


2.2 论文高产机构分析

将检索到的2013~2020年国内相关学术论文进行数据格式转化，并使用CiteSpace进行了机构共现网络分析，知识图谱如图4所示。

图4

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图4   国内和国际学术论文发表机构分布

Fig.4   Distribution of domestic and abroad academic paper publishing institutions


节点是CiteSpace聚类图谱中的重要指标。图中，节点圆圈的大小代表着论文发表机构在统计分析中出现的次数多少，即频次越多，节点面积越大；频次越少，节点面积越小。知识图谱聚类结果显示，国内核心科研团队分布集中，西安科技大学、中国科学院大学和中南大学共现次数最多，也是紧密连接其余发文机构的重要结构节点，这3个机构发文数量占到所有机构发文总数的29.75%。但是，国内发文核心机构基本为高校，而相关企业和科研院所参与度较小，这种研究模式不能充分发挥企业、高校和科研机构的合作优势，难以完成科研成果转化，长期以往将不利于我国冻融岩石力学研究的发展。

国际机构合作网络知识图谱结果显示，国际相关课题的核心研究团队分布特征明显，主要划分为国内中国科学院大学（Chinese Acad Sci）、中国矿业大学（China Univ Min & Technol）和中南大学（Cent S Univ）等机构组成的合作网络，加拿大大不列颠哥伦比亚大学（Univ Brith Columbia）、艾伯塔大学（Univ Alberta）和滑铁卢大学（Univ Waterloo）组成的合作网络，俄罗斯科学院（Russian Acad Sci），伊朗的卜阿里西朗大学（Bu Ali Sina Univ），以及瑞士的弗里堡大学（Univ Fribourg）与苏黎世大学（Univ Zurich）合作机构。其中，各个国家不同研究机构之间的合作联系均较为紧密，但不同国家之间的核心团队交流合作较为薄弱，各国的核心科研团队基本处于独立的研究模式。笔者认为，在后续的研究中，不同国家之间的核心科研团队之间应加强交流合作，丰富冻融岩石力学的研究方向，促进冻岩力学学科不断向前发展。

2.3 论文热点知识演进分析

CiteSpace时区聚类图谱可以从时间维度来呈现学科热点知识的演进，清晰直观地展示学术论文的更新以及相互影响（陈悦等，2015）。评价知识图谱的聚类效果有2个重要的参考指标，即Modularity Q（聚类模块值）和Mean Silhouette（平均轮廓值），当Q值>0.3，Mean Silhouette>0.7时，可以认为聚类结构具有较高可信度。Threshold Interpolation（阈值差值）是CiteSpace软件将文献分析时区划分为前、中、后3个时区，分别进行阈值设定，其余的均由线性插值决定。此次时区视图聚类阈值选取Thresholding（c，c，ccv）=（2，2，20），（3，3，20），（4，4，20），即前、中、后3个时间段的被引出现次数、共被引次数均分别为2次、3次和4次，共被引频率均为20%。其中，被引次数（c）为文献在该时间切片中出现的次数或被引用的频次，共被引次数（cc）为2篇文献在该时间切片中的共现次数或被施引文献共同引用的频数，ccv是指文献之间的共被引率或共现率，计算公式如下：

ccvi,j=cc[i,j]c[i]×c[j]

式中：cc（i，j）为文献i，文献j的共被引次数；c（i）和c（j）分别为文献i和文献j的被引次数。

聚类指标显示，国内热点研究图谱聚类Q值=0.5125，Mean Silhouette=0.7834，国外热点研究图谱聚类Q值=0.4006，Mean Silhouette=0.8666，即时区视图聚类结构显著，具有较高的可信度。基于国内外冻融岩石力学热点研究演进的聚类分析，笔者选取被引次数较高的中、英文学术论文作为每个研究热点的代表文献，阐述2013~2020年每个研究热点的发展动态。

（1）国内冻融岩石力学研究热点知识演进

由图5可知，2014年以前，国内热点研究主要集中在冻融条件对岩石、岩体宏观力学性质的影响。闻磊等（2017）对西藏玉龙铜矿的花岗岩试样进行了不同温度区间下的冻融循环试验，分析了矿山边坡破坏模式，并将试验结果应用于工程实际中，为矿山高效、安全开采提供了参考价值。张慧梅等（2013b，2013c，2015）研究了不同冻融循环次数对砂岩三轴试验和三轴蠕变试验力学特征的影响。陈有亮等（2013）分别对含有不同初始损伤的岩石试块开展了冻融循环试验和单轴压缩试验，建立岩石试件在冻融作用下的损伤表达式，为实际工程提供了指导。李新平等（2013）和路亚妮等（2014）分析了冻融循环条件下，不同倾角和不同裂隙长度对类岩石材料的力学特征、破坏模式以及裂缝贯通机制的影响。

图5

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图5   国内冻融岩石力学热点知识演进

Fig.5   Evolution of hotspot knowledge of domestic freeze-thaw rock mechanics


2015~2016年，随着岩石细观孔隙无损检测技术——核磁共振的引入，国内众多学者对冻融环境下岩石微观孔隙结构演化与宏观力学损伤的内在关系开展了试验研究，建立了相应的岩石冻融损伤劣化模型。李杰林等（2014，2015）分别研究了花岗岩、风化花岗岩冻融试验后力学特性与孔隙度之间的关系，研究发现，岩石孔隙度数量与单轴抗压强度存在着一定的联系。周科平等（2013）利用核磁共振技术研究了不同花岗岩冻融循环作用下细观孔隙度和孔隙结构的变化，从微观角度分析了不同花岗岩损伤劣化的演化规律。贾海梁等（2013）分析了饱和砂岩试件在冻融试验过程中的损伤特点以及试件物理性质的变化规律，建立了饱和砂岩冻融损伤模型，并用试验数据进行了合理性验证。一些学者以红砂岩为代表岩样，开展了室内冻融循环试验，在岩石损伤力学理论基础上分析讨论了红砂岩在冻融作用下的损伤劣化过程，通过多个损伤因子建立了砂岩冻融损伤本构模型（申艳军等，2016；张慧梅等，2013a，2018a，2018b，，2019；孟祥振等，2019；袁超等，2019）。阎锡东等（2015）通过分解岩石在冻融作用下的损伤应变，以断裂力学理论为基础，建立了损伤本构模型，并通过岩石室内冻融试验对模型进行了合理性验证，研究表明，模型可以模拟岩石在不同冻融循环次数下的应力—应变关系。刘泉声等（2015b）和黄诗冰等（2018）归纳统计了近年来国内裂隙岩体冻融损伤的研究进展，模拟分析了水分迁移和低温热力共同作用下的裂隙岩体内部冻胀力以及裂隙端部的冻胀应力场，并用实例进行了可靠性验证。

2017年之后，许多学者意识到寒区低温环境中岩石、岩体强度损伤劣化并不是受冻融作用单一因素的影响，而是渗流场、应力场和化学场等多场耦合作用形成的，因此，岩石的多场耦合研究逐渐受到关注，众多科研团队结合先进的数值分析软件，开展一系列研究（陈松等，2019；王震等，2019；印宇澄，2019），取得了相应的研究成果。

（2）国外冻融岩石力学研究热点知识演进

知识图谱聚类结果（图6）显示，国外冻融岩石力学热点主题可划分为2个阶段，第一阶段为2013~2015年，第二阶段为2015~2020年。

图6

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图6   国外冻融岩石力学热点知识演进

Fig.6   Evolution of hotspot knowledge of foreign freeze-thaw rock mechanics


2015年之前，国外相关研究主要关注冻融作用对岩石宏观力学特性以及建筑材料耐久性的影响。Ghobadi et al.（2014）为预测当地天然建筑材料凝灰岩在冻融过程中的耐久性，对6种不同类型凝灰岩进行了冻融循环试验，通过岩样物理与机械性能的变化研究岩样的损伤劣化。众多学者探索分析了建筑材料中花岗岩、石灰石等不同岩样在冻融循环作用下其物理参数及力学性质的变化，评估了岩石材料的耐久性（Martins et al.，2016；Gambino et al.，2017；Rusin et al.，2015；Murton et al.，2016；Kock et al.，2015），研究结果表明，岩石单轴抗压强度、抗拉强度和纵波波速均随冻融循环次数的增加而减小，而吸水率与孔隙率却逐渐增加。Wang et al.（2017）对经历不同冻融循环次数的红砂岩试样进行了超声波检测和机械试验，结果显示，冻融作用下红砂岩的所有指数几乎都发生衰减劣化。

2016年之后，随着冻融岩石力学研究的不断发展及岩石损伤检测技术的不断提升，岩石微观结构与物理力学特性的内在关系以及岩石冻融损伤劣化模型也逐渐受到国际众多学者的关注，如Sarici et al.（2018）评估了冻融循环对土耳其沉积岩力学特性的影响。研究发现，循环冻融作用导致了岩样力学特性的下降，以及岩样孔隙率的增加。Li et al.（2018）和Jiang（2018）通过核磁共振成像技术对经历不同冻融循环的岩石结构进行了无损检测，分析讨论了岩样力学特性与岩石微观结构劣化之间的内在关系。Abdolghanizadeh et al.（2019）分析了冻融循环作用与冻结温度对水泥砂浆材料断裂韧性及力学物理特性的影响规律，并以孔隙率为损伤因子，建立了材料的衰减函数模型。Maji et al.（2018）利用微型计算机扫描和数学统计方法，分析讨论了冻融循环作用对岩样破坏时裂纹扩展规律的影响，并且提出了量化裂纹扩展的概率函数。Fogue-Djombou et al.（2019）以国内建筑石料石灰岩为代表岩样，进行了冻融循环作用下试样的力学性能测试、压汞试验及数值模拟，对材料的微观结构和宏观力学损伤进行了比较分析。研究发现，内部存在单峰型微孔或孔隙率高的石灰岩更容易发生破坏。

3 结论与展望

3.1 结论

以外文数据库Web of Science及国内CNKI数据库收录的冻融环境下岩石力学研究的学术文献为数据源，对2013~2020年国内外相关研究领域的学术论文进行主题词检索和统计分析。利用CiteSpace软件的文献可视化分析功能，选取合适的剪枝方式和聚类阈值，构建了形象直观的关键词共现网络、热点知识时区演进视图和发文高产机构共现网络知识图谱，挖掘分析相关研究领域的热点主题，并以论文被引次数为指标，精炼出每个研究热点的经典文献，阐述其研究动态，主要结论如下：

（1）2013年以来，除个别年份论文总数有所降低之外，国内外冻融作用下岩石力学研究整体处于快速上升阶段，参与国家数量和学术研究成果逐年递增，研究状态火热。

（2）国内相关学术论文核心期刊分布较为集中，作为国内岩石力学方向三大权威期刊，《岩石力学与工程》、《岩土力学》和《岩土工程学报》收录了14.8%的学术论文，表明国内冻融岩石力学研究又涌现出一大批创新性学术成果。

（3）发文机构合作网络图谱显示，核心科研团队分布明显，西安科技大学、中国科学院大学和中南大学是国内冻岩力学研究的核心发文机构，在研究机构合作网络中发挥着关键作用，但相关企业和科研院所参与度较小，难以发挥“产学研”结合的优势。

（4）基于国内外学术论文关键词聚类知识图谱的统计分析，2013~2020年间冻融环境下岩石力学领域研究热点为岩石多角度冻融损伤识别和力学特性研究、裂隙岩体冻融损伤机制和裂隙扩展研究以及岩石冻融损伤本构模型和数值模拟研究。

3.2 展望

基于上述国内外冻岩力学研究领域论文的统计结果，结合CiteSpace对研究热点主题、发展趋势聚类的可视化知识图谱分析，笔者认为冻融岩石力学领域相关研究在以下几个方面还存在讨论空间：

（1）冻融环境下岩石、岩体力学研究应坚持问题导向。目前，国内外大多数学者进行的试验研究主要为室内模拟试验，而且只是针对单一影响因素开展试验分析。但是，实际寒区工程中的岩石处于极其复杂的环境中，岩石并不是受到单一影响因素作用，而是受到温度、化学及风化等多场耦合作用。因此，多场合、多因素共同作用下的岩石冻融损伤劣化及本构模型建立应该受到重点关注，真正达到试验研究结果为工程实践提供指导意义的效果，这样研究才会更有现实意义。

（2）加强研究成果在实际工程中的应用和转化。根据代表性文献对时区聚类视图研究热点的分析阐述，国内外冻岩力学领域已涌现出一系列的创新型研究成果，但已经将这些成熟理论运用于解决寒区工程实际问题的成功案例却少之又少。笔者认为，在后续冻融岩石力学领域的研究中，国内外科研团队应该增加对现有研究成果在寒区工程实际应用转化的关注度，将现有的成熟理论与当前先进的数值模拟软件相结合，开发建立解决寒区岩土工程冻融难题的应用模块，为寒区工程的建设以及资源的开发利用提供指导。

（3）发挥“产学研”结合的优势。当前国内相关领域基本只有高校参与，这种单一研究模式不利于学科的发展，今后应加深相关企业、科研设计院所、高校之间的交流合作，调动企业、科研设计院所的参与积极性，有效发挥“产学研”互相配合的综合优势，加快探索和推动我国冻融环境下岩石力学研究的新方向。

http://www.goldsci.ac.cn/article/2021/1005-2518/1005-2518-2021-29-2-275.shtml

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