岩石破碎现象广泛存在于地质勘探、油气井钻井、矿山开采、石材加工、隧道掘进以及国防建设等领域中（邱流潮等，2010）。在钻探生产过程中，岩石更是其主要的工作对象。不论是钻进、采取岩芯，还是防治或利用孔斜等，各种工序无不与岩石密切相关（李世忠，1992）。破碎岩石是钻探施工的主要工序，研究岩石的破碎过程和机理，无疑对改进钻进技术和提高钻探生产效率有着十分重要的意义。目前，在钻探生产中无论是采用哪种钻进方法（回转钻进、冲击转进、冲击-回转钻进），都涉及切削工具对岩石的压入问题。为此，不少学者采用了压入试验的方法研究岩石在静、动载荷作用下的破碎特征和机理。这种直观的方法虽然能为钻进方案的制定提供宝贵的第一手资料，但也存在一定的局限性和误差：①需要专门的测试工具和岩样，这将花费大量的人力和资金；②难以反映岩石在地下所处的真实地质条件，如高温、高压、不均匀地层等（李荣等，2004）；③实际钻进中岩石处于复杂的各向应力状态中，即使采用三轴应力试验也难以对各种应力组合一一进行试验（李世忠，1992）；④存在显著的尺寸效应，岩石压入破碎的状态受到岩样尺寸、压头尺寸及形状的显著影响；⑤由于自然界的很多岩石具有相对明显的脆性特征，其塑性应变区非常狭窄（屠厚泽等，1990），试样一般都会在压头压入的瞬间发生脆断，用肉眼根本观察不出变形的过程，更无法了解岩石内部的应力分布情况及裂纹扩展过程。除了压入试验方法外，光弹实验利用了透明固体材料在外力作用下产生应力双折射的原理，能够直接地观测到试样内部的应力场分布情况，因此近年来也被作为研究岩石变形破碎时内部应力场分布的一种手段。刘明宇和沈忠厚（1994）利用光弹实验研究了4种不同类型的单齿压头压入“岩石”时其内部产生的应力场。然而光弹实验对试样提出了更高的要求，也即待测试样必须是透明的，实验时一般无法直接对岩样进行观测，只能选用其他硬度和脆性与岩石相仿的材料作为替代品；此外，光弹实验是建立在连续试样的基础上的，因此无法观察试样的破碎过程。由此看来，这种方法也不是一种研究岩石破碎过程和机理的理想的方法。与现有的其他研究方法相比，数值模拟的方法因具有更加经济、灵活的优势进而成为了一种具有广泛应用前景的科学研究方法。从理论上分析：只要模型建立得合适，这种方法不仅可以考虑岩石的非均质性和所处的复杂受力条件、实现岩石内部应力场分布和变形全过程的可视化，而且对模型试样的选择无任何特殊要求。邱流潮等（2010）采用有限元与离散元耦合的数值方法对二维空间的巴西圆盘试验（又称圆盘劈裂试验）进行了数值模拟，研究了脆性岩石在拉应力作用下的变形乃至破碎的全过程。为了开发一种准确、可靠、低成本的预测岩石在实际切削工具压入时的应力状态和破碎过程的数值模拟方法，在前面几节成功验证了所建立的基于无网格伽辽金法的高阶理论模型的准确性和适用性的基础上，本节将模型应用于岩石的静压入过程的可视化数值模拟。(www.daowen.com)