多场耦合条件下多相高孔隙率岩石局部化变形带研究

在温度场、渗流场与应力场耦合作用下，对多相饱和及部分饱和高孔隙率岩石的压实带、剪切带以及膨胀带等局部化变形带的特性进行研究。在混合物理论和应变梯度塑性理论框架内，对于各向同性、横观各向同性以及正交各向异性情形，分别建立多相高孔隙率岩石在温度场-应力场、渗流场-应力场以及温度场-渗流场-应力场作用下的耦合本构模型。基于得到的本构模型，运用非连续分叉理论，建立各种情况各种耦合荷载作用下的多相高孔隙率岩石的三个类别五种局部化变形带发生的判别准则，得到相应的塑性硬化模量和变形带方位角以及变形带厚度的表达式，并对各种情形下的局部化变形带进行数值模拟。另外本项目还将对各种情形下的高孔岩石的局部化变形带进行实验研究，用以验证理论模型和数值模拟的正确性。本项目的研究，对于理解岩体的变形以及发生的各种地质灾害具有重要的理论指导意义。

岩体是岩土工程的重要研究对象之一。当前，国内外岩土工程发展迅速，涌现出越来越多民用、能源、交通、矿山、水利和国防工程，其工程设计、施工及稳定性评价等都直接依赖于岩体的变形和破坏等特征。因而，对岩体变形和破坏特性的正确描述，对保证与其相关的实际工程的安全使用具有十分重要的意义。岩体的破坏形式主要为应变（或变形）局部化现象。大量的野外观测表明，局部化变形在地质沉积中是十分普遍的，地层中存在着各种尺度的局部化变形带，了解这些不同尺度、不同地质作用的发生是非常重要的。地层中大量存在的是多孔岩石，多孔岩石是各种地质运动的主体，同时也是流体及矿物的载体。因此研究高孔隙度岩石的局部化变形，对于理解岩体的变形，以及发生的各种地质作用和地质灾害过程有非常重大的现实意义。由于高孔岩石一般处于一定的地质环境中，其中的温度、应力及地下水的流动是影响地质环境的3个主要因素，三者之间相互联系、相互作用、相互制约，形成高孔岩体中温度场、渗流场与应力场之间复杂的耦合效应。多孔岩石的局部化变形带主要有剪切带、压实带和膨胀带三个类别，本项目针对在温度场、渗流场与应力场耦合作用下，对多相饱和及部分饱和高孔隙率岩石的压实带、剪切带以及膨胀带等局部化变形带的特性进行了研究。在混合物理论和应变梯度塑性理论框架内，对于各向同性、横观各向同性以及正交各向异性情形，分别建立了多相高孔隙率岩石在温度场-应力场、渗流场-应力场以及温度场-渗流场-应力场作用下的耦合本构模型。基于得到的本构模型，运用非连续分叉理论，建立了各种情况各种耦合荷载作用下的多相高孔隙率岩石的三个类别五种局部化变形带发生的判别准则，得到相应的塑性硬化模量和变形带方位角以及变形带厚度的表达式，并对各种情形下的局部化变形带进行了数值模拟。另外，本项目还对多场耦合作用下的各种结构的局部化变形失稳问题进行了研究。本项目的研究，对于理解岩体及其相关结构的局部化变形以及发生的各种地质灾害具有重要的理论指导意义。