高围压和高渗透压条件下的岩石细观损伤－渗流耦合与隧洞安全性研究

通过一系列岩石（或岩体）的细观测试和高围压、高渗透压条件下的岩石力学试验、渗流试验以及流－固耦合试验，获得岩石的细观裂纹的产生和扩展的机理、细观裂纹渗流机理以及细观损伤为基础的流固耦合；进而建立岩石力学参数与细观损伤的关系、宏观力学特性与细观损伤变量的对应关系以及细观损伤变量与渗透系数（或张量）之间的关系、损伤变量和渗透张量与渗透压之间的耦合关系，进而提出高渗透压、高地应力条件下的细观损伤－渗流耦合模型及数值分析方法；结合岩石细观损伤度的评价体系，最终实现对艾比湖流域生态保护工程输水隧洞在高地应力和高渗透压条件下的安全性作出合理分析与客观评价. 本项目的研究内容是应用基础研究中的学科发展前沿课题，对于推动岩石力学、渗流力学和水工结构等学科的发展具有重要意义。研究成果将为我国西部水电开发提供关键的理论支持，具有重要的理论意义和广泛的推广应用价值。

岩石细观损伤和流-固耦合研究是岩石力学研究中的两个重要方向。前者作为岩石本构模型研究中重要的方法，在岩石工程各个领域中都有广泛的应用；后者研究岩石在所赋存的水力环境中的各种性质，在水利水电、石油天然气开采、核废料存储等各种环境岩石力学工程中也有广泛应用。从细观力学尺度研究岩石细观损伤、渗流和二者之间相互作用，对于认识岩石复杂破坏机理有着极其重要意义。.通过对三种脆性岩石进行了一系列的单轴压缩实验、三轴压缩实验、渗流实验、流-固耦合实验、不同温度条件下的三轴压缩实验，获得岩石的细观裂纹的产生和扩展的机理、细观裂纹渗流机理以及细观损伤为基础的流固耦合机理。.针对脆性岩石细观尺度的结构、力学、渗透特性等特征，分别从细观力学的不同侧面开展研究：提出了基于细观力学的各向异性损伤模型，建立了基于细观尺度的本构模型和损伤演化准则，来描述脆性岩石在微裂纹的存在、产生和扩展引起其宏观损伤的力学特性；提出基于细观分析的宏观各向异性损伤模型，能较好地描述复杂岩石的弹性损伤力学特性。通过引入太沙基有效应力概念将各向异性损伤模型推广到饱和条件下，建立了饱和条件下的脆性岩石各向异性损伤模型。基于细观力学和细观分析，建立了细观损伤-渗流耦合的模型，用来描述脆性岩石细观损伤过程和引起的渗透特性演化。本研究进一步丰富和拓展岩石细观力学和渗流力学，研究成果将为我国西部水电开发提供关键的理论支持，具有重要的理论意义。