多場耦合條件下多相高孔隙率岩石局部化變形帶研究

《多場耦合條件下多相高孔隙率岩石局部化變形帶研究》是依託浙江大學，由張永強擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多場耦合條件下多相高孔隙率岩石局部化變形帶研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：張永強
• 項目類別：面上項目

項目摘要

在溫度場、滲流場與應力場耦合作用下，對多相飽和及部分飽和高孔隙率岩石的壓實帶、剪下帶以及膨脹帶等局部化變形帶的特性進行研究。在混合物理論和應變梯度塑性理論框架內，對於各向同性、橫觀各向同性以及正交各向異性情形，分別建立多相高孔隙率岩石在溫度場-應力場、滲流場-應力場以及溫度場-滲流場-應力場作用下的耦合本構模型。基於得到的本構模型，運用非連續分叉理論，建立各種情況各種耦合荷載作用下的多相高孔隙率岩石的三個類別五種局部化變形帶發生的判別準則，得到相應的塑性硬化模量和變形帶方位角以及變形帶厚度的表達式，並對各種情形下的局部化變形帶進行數值模擬。另外本項目還將對各種情形下的高孔岩石的局部化變形帶進行實驗研究，用以驗證理論模型和數值模擬的正確性。本項目的研究，對於理解岩體的變形以及發生的各種地質災害具有重要的理論指導意義。

結題摘要

岩體是岩土工程的重要研究對象之一。當前，國內外岩土工程發展迅速，湧現出越來越多民用、能源、交通、礦山、水利和國防工程，其工程設計、施工及穩定性評價等都直接依賴於岩體的變形和破壞等特徵。因而，對岩體變形和破壞特性的正確描述，對保證與其相關的實際工程的安全使用具有十分重要的意義。岩體的破壞形式主要為應變（或變形）局部化現象。大量的野外觀測表明，局部化變形在地質沉積中是十分普遍的，地層中存在著各種尺度的局部化變形帶，了解這些不同尺度、不同地質作用的發生是非常重要的。地層中大量存在的是多孔岩石，多孔岩石是各種地質運動的主體，同時也是流體及礦物的載體。因此研究高孔隙度岩石的局部化變形，對於理解岩體的變形，以及發生的各種地質作用和地質災害過程有非常重大的現實意義。由於高孔岩石一般處於一定的地質環境中，其中的溫度、應力及地下水的流動是影響地質環境的3個主要因素，三者之間相互聯繫、相互作用、相互制約，形成高孔岩體中溫度場、滲流場與應力場之間複雜的耦合效應。多孔岩石的局部化變形帶主要有剪下帶、壓實帶和膨脹帶三個類別，本項目針對在溫度場、滲流場與應力場耦合作用下，對多相飽和及部分飽和高孔隙率岩石的壓實帶、剪下帶以及膨脹帶等局部化變形帶的特性進行了研究。在混合物理論和應變梯度塑性理論框架內，對於各向同性、橫觀各向同性以及正交各向異性情形，分別建立了多相高孔隙率岩石在溫度場-應力場、滲流場-應力場以及溫度場-滲流場-應力場作用下的耦合本構模型。基於得到的本構模型，運用非連續分叉理論，建立了各種情況各種耦合荷載作用下的多相高孔隙率岩石的三個類別五種局部化變形帶發生的判別準則，得到相應的塑性硬化模量和變形帶方位角以及變形帶厚度的表達式，並對各種情形下的局部化變形帶進行了數值模擬。另外，本項目還對多場耦合作用下的各種結構的局部化變形失穩問題進行了研究。本項目的研究，對於理解岩體及其相關結構的局部化變形以及發生的各種地質災害具有重要的理論指導意義。