岩体损伤演化过程中的热-水-力耦合模型及耦合机制研究

裂隙岩体中的渗流及热对流过程对损伤及其演化过程很敏感，损伤贯穿于工程开挖及开挖之后的整个时间尺度之中，这一过程是岩体损伤演化和多物理场环境之间的协同作用过程，目前尚无很好的确定性方法来研究岩体损伤及其演化过程对耦合效应的影响。本课题基于"岩体损伤演化与声发射时空分布具有一致性"的学术思想，以岩石变形破坏过程中的声发射、应力应变、渗透性、热学特性等实验数据为基础，结合实验研究与理论分析，建立损伤（声发射活动性）与多物理、力学参数之间的表征关系，并将其引入到THM三物理场的本构方程中，建立含损伤演化过程的热-水-力耦合数学模型，并实现其数值算法，进而开展损伤及损伤演化与THM的耦合效应分析，从细观层次上揭示岩体细观损伤演化与宏观变形破坏的力学机制。进一步促进岩石力学、水力学、工程热力学等学科的交叉渗透，为水利水电、地热开发、高放废物地质处置等深部地下工程的安全性评价与工程设计提供理论依据。

热（温度）、水（渗流）和力（应力）是工程岩体所处地质环境中的三个重要组成部分，受工程扰动及热-水-力三场耦合作用，损伤及其演化实时地存在于工程岩体的整个服役期内。本课题基于"岩体损伤演化与声发射时空分布具有一致性"的学术思想，开展了岩石变形破坏过程中的声发射、应力应变、渗流特性、热学特性变化等实验研究，在整合实验数据及理论分析的基础上，提出了损伤（声发射活动性）与多物理、力学参数之间的表征关系，并将其引入到了THM 三物理场的本构方程中，建立了含损伤演化过程的热-水-力耦合数学模型，并实现了其数值算法；应用数值计算及声发射测试方法，开展了小尺度岩样、工程尺度岩体的损伤演化与THM 的耦合效应分析，进一步提高了对多场耦合作用下岩体细观损伤演化与宏观变形破坏的力学机制。为水利水电、地热开发、复杂油藏开采、高放废物地质处置等工程的安全性评价与工程设计提供了一定的理论依据。项目执行过程基本按照计划研究路线执行，预定目标基本实现。