软岩热力耦合粘弹塑性本构模型及在核废物地质处置中的应用

核废物地质处置所涉及的耦合问题是目前的研究热点。致密的、低渗透性的堆积软岩是建造处置库的理想选择之一，但核废物辐射的高温对围岩的长期稳定性有不可忽视的影响。已有的试验结果揭示了高温降低软岩的强度和加速蠕变破坏的定性规律，但这些试验的边界条件与实际有一定差异。现有的简易本构模型不能综合地描述软岩的主要热力耦合力学特性，满足不了有限元分析的精度要求。本项目首先进行高温高压条件下的三轴排水剪切和三轴蠕变试验，掌握温度对软岩力学性质的影响规律；在此基础上，提炼出合适的塑性势和状态参量及其演化率，建立软岩的热力耦合粘弹塑性本构模型，并用非平衡态热力学原理验证是否满足热力学基本定律；最后将本构用于实例工程的有限元分析，探讨热力耦合作用下围岩长期安全性问题。研究成果将深化认识岩土材料的热力耦合力学特性，推动本构模型研究的发展，为核废物处置库的长期安全性评估以及其他与温度有关的岩土工程问题提供理论基础。

（一）本项目按照研究计划的完成情况.本项目严格按照研究计划执行与完成。首先进行高温高压条件下的软岩三轴排水剪切和三轴蠕变试验，掌握温度对软岩力学性质的影响规律。通过试验，发现当温度从20度增加到80度，抗剪强度峰值逐渐减少。但与已有研究发现不同的是，软岩所呈现的是一种非单调的温度～剪切强度峰值关系，此外，残留强度和残留体变无明显温度相关性。接着改进了已有的软岩热力耦合粘弹塑性本构模型，将tij概念引入到Zhang and Zhang（2009）提出的热弹黏塑性模型中，以考虑中间主应力的影响。用试验数据验证了本构模型的正确性。最后编制THM耦合有限元程序来探讨热力耦合作用下核废物地质处置所的围岩长期安全性问题。通过与超固结土的均匀加热试验比较，确认了数值方法可以准确捕捉试验现象。然后对Gens et al. (2007)的现场加热试验进行模拟，温度场、孔压变化、热应变的计算值都与实测值吻合。研究成果加深了对岩土材料的热力耦合力学特性的认识，为核废物处置库的长期安全性评估提供理论基础。..（二）本项目取得的成果.成果数量满足项目任务书要求，发表标注基金资助的论文共11篇，其中SCI论文3篇，EI论文4篇，ISTP收录会议论文3篇，其他论文1篇。还有1篇论文已录用待刊，1篇审稿中。