层状裂隙岩体流-固耦合作用下的变形机理与工程应用研究

层状裂隙岩体是我国水利、矿山等各种岩体工程中经常遇到的一种复杂介质。层状裂隙岩体的流-固耦合问题已成为岩体力学中的热点和难点问题之一，也是实际工程中亟待解决的科学性问题。本课题拟以我国水利水电工程中常见的层状灰岩岩石为研究对象，在现场调查基础上，通过试验研究、流-固耦合理论分析、力学模型的建立与数值模拟、破坏准则修订以及工程应用相结合的方法，揭示层状裂隙岩体流-固耦合作用下的变形过程与机理。基于三维离散裂隙网络模型与立方定律的裂隙渗流理论，建立能反映层状裂隙岩体应力应变和渗透率演化规律的三维流-固耦合非线性力学模型，揭示具有应变软化特点的层状灰岩的峰后岩石渗流特性及其与应力应变的耦合关系；提出流-固耦合作用下岩体破坏准则和稳定性分析的理论方法，实现对流-固耦合作用下岩体变形、破坏及稳定性的定量分析，为科学地预测和分析水利水电工程岩体的稳定和安全性提供新的理论方法和技术途径。

层状裂隙岩体是我国水利、矿山等各种岩体工程中经常遇到的一种复杂介质。本研究通过试验制备具有地质统计规律的纹层结构明显的裂隙状岩石样品，开展制备的裂隙状岩石样品与天然层状裂隙岩石试样的渗流应力耦合试验研究；基于细观力学的基本理论，进行岩石裂隙扩展和状态变化过程中各向异性渗透率演化模型研究；基于立方定律的裂隙渗流理论，进行层状裂隙岩石的三维渗流应力耦合力学模型研究；进行渗流应力耦合作用下裂隙岩体失稳破坏模型、破坏准则以及稳定分析的理论方法研究。研究成果为科学地预测和分析水利水电工程岩体的稳定和安全性提供新的理论方法和技术途径。