深部巷道开挖损伤区岩体热-水-力耦合模型及其耦合机理研究

深部巷道开挖过程中围岩体的温度场、渗流场和介质力学响应相互作用明显，然而目前尚无很好的确定性方法来研究热-水-力多场耦合对开挖损伤演化过程的影响。本项目基于"岩体损伤演化与声发射时空分布具有一致性"的思想，通过对岩石变形破坏过程中的渗透性、热学特性、声发射事件等实验数据整合统计，基于损伤与多物理力学参数的数学表征，提出围岩破裂过程的温度、渗流、应力迁移的多场耦合分析模型，以岩体的损伤为主线，在多场耦合分析方程中引入损伤变量，用"能量等效假设"并结合损伤张量的几何定义方法，建立含损伤张量的计算表达，实现其数值算法，用以探讨不同卸荷条件、地应力状况、温度条件及渗流条件下开挖损伤区围岩的损伤变量、弹性模量、渗流特性的演化规律，得到多场耦合作用下岩体损伤本构关系，预测开挖损伤区多物理场的时空演化规律，为预防地下工程的围岩失稳及指导支护设计提供理论依据。

按照原定计划完成了项目研究内容，在统计损伤理论的基础上，通过引入岩石介质的非均匀性，建立细观层次上岩石渐进破坏的力学模型和更加符合实际的岩石破坏准则，并利用应力分析数值计算方法和可视化编程平台，研究开发岩石破裂过程数值分析系统。在此基础上，进行岩石破裂过程实验室试验和数值试验的对比研究，探讨条件下岩石介质非均匀性对其宏观力学行为的影响。.（1）开展了岩石破裂过程热水力多场耦合作用模型研究，在原来耦合模型的基础上，加上了温度耦合项，可以考虑热而传导动态过程和应力-损伤对热传导系数的影响，建立了THM数值模型，开发完成计算程序系统，这是在原来的模型及其分析系统上的重要进展。同时，建立了条件下岩石非均匀性分布的随机统计分布函数，包括正态分布、Weibull分布、平均分布模型等；建立各种情况下的岩石的细观统计损伤理论模型，包括条件下的岩石破坏准则，条件下单元破坏后材料的本构关系及裂纹扩展的处理方法；.（2）在原有岩石破裂过程分析系统的基础上，根据上述建立的理论模型，利用成熟的高速有限元应力分析求解器和独特的岩石破坏数值分析计算机模块，以及可视化编程平台Visual C++，研究开发条件下的岩石破裂过程分析系统，实现条件下岩石破裂过程的数值模拟，为岩石破裂过程及其岩石工程诱发灾害机理的研究提供分析工具；.（3）在物理试验和数值试验的基础上，研究岩石类介质裂纹萌生、扩展、相互作用和贯通的机理，探讨岩石介质空间结构非均匀性对岩石介质宏观力学行为的影响和不同破坏模式产生的机理；通过对岩石破裂过程中应力场和位移场的数值试验，进一步揭示岩石破裂过程失稳的基本规律，包括岩石破裂过程中的声发射时、空分布规律及其失稳的前兆模式；研究条件下岩石破裂过程中的非线性行为，包括微破裂演化过程中的自组织临界现象、分叉及突变行为。. 出版专著1部，编写教材1部，获省级科技奖励1项，获省级人才项目1项，发表论文7篇，其中EI期刊论文4篇，ISTP论文3篇。