多场耦合岩土体本构理论与模拟研究进展

多场耦合岩土体本构理论与模拟研究进展

多场耦合岩土体本构理论与模拟是研究岩土体在不同物理场（如应力、温度、流体等）耦合作用下的力学行为和演化规律的重要领域。武汉大学朱俊武教授团队在该领域开展了系统的研究工作，特别是在水力耦合、热力耦合以及热水力耦合等方面取得了重要进展。本文将详细介绍该团队在这些方面的研究内容和成果。

水力耦合作用模拟

针对渗流-应力耦合驱动下的岩土体变形，及其裂隙扩展演化以及由此造成的岩体渗透性改变带来的对渗流特性的影响，提出相应的渗流-应力耦合模拟算法，建立裂隙孔隙介质渗流-应力耦合的数值仿真平台，实现岩体在渗流-应力双向耦合作用下的流体渗流扩散-裂隙扩展的全过程模拟。

热力耦合作用模拟

针对岩体受热损伤破裂机制，考虑热力耦合作用下深部岩体内部裂隙的响应行为，提出热-力-开度耦合模型，并将该耦合模型嵌入颗粒流热力耦合程序中，对岩体内部传热-损伤的动态循环过程进行模拟，从热性质变化、微裂隙发育、微观结构演化等角度深刻揭示影响岩体热力特性的细观机理。

基于岩石细观结构的热水力耦合作用模拟

开展室内热水力耦合试验，并采用数字图像处理技术对岩石的细观结构进行数字表征，对热水力耦合作用下岩石细观损伤的演化规律进行量化研究。同时建立能更真实地反映岩石细观结构的DIP-FDEM数值分析模型，对热水力耦合作用下岩石宏观力学特性变化的细观机理进行分析。

温度-围压耦合作用下裂隙热响应行为

结合所提出的热-力-开度耦合模型，开展温度-围压耦合作用下裂隙热响应行为分析，进一步验证所提模型在表征岩石热破裂行为中的适用性。深入探究温度-围压耦合作用对岩石宏观力学行为的影响，揭示耦合作用下岩石热力学性质演化的细观机理。

深部岩体力学响应与矿物热特性的定量关系

借助数字图像处理技术对岩石内部细观结构进行量化表征，构建了综合考虑岩石细观结构以及热力耦合效应的岩石断裂破坏数值模型，开展热力耦合作用下岩石宏观力学响应数值模拟研究。深入探究岩石宏观力学性质与岩石内部矿物成分之间的定量关系，从裂纹扩展以及细观结构演化的角度揭示岩石损伤破坏机理，建立量化矿物成分以及热力耦合作用对岩石力学响应影响的综合化评估系统。