钙芒硝是一类地质体中常见的可溶性岩石,在自然界中地下水与其相互作用,将会改变钙芒硝矿体自身的物理、力学性质及化学成分,进而影响岩体工程的安全性。例如水与岩体作用引起滑坡、水库诱发地震、大坝崩溃、地面沉降、土质文物的损害等一系列工程问题。因此水对岩石的物理化学以及力学作用问题是岩石工程的最基础性研究课题之一,它为工程岩体稳定性的评价、地质灾害的防治及相应参数的选择提供了新的思路。钙芒硝矿床开采的最主要的目的是提取其所含的可溶成分硫酸钠。硫酸钠是一种重要的化工原料,在社会生活和国民经济中具有极其重要的作用,因此对钙芒硝原位溶浸采矿理论和方法的研究,是合理开发和利用矿产资源的基础和保障。钙芒硝原位水溶开采过程实质是一个涉及固体变形、流体运移、矿物溶解的多场耦合问题,因此进行钙芒硝水溶开采的理论研究,对于促进水溶开采技术发展具有十分重要的意义。无论是地质工程中地下水对可溶岩的溶浸作用,还是采用溶浸法进行地下矿产资源的开采,均会不同程度引起岩体内部的物理结构改变,内部结构的变化又会引起岩石力学性能及渗透性的改变,二者相互促进,是一个复杂的耦合问题,研究意义重大。因此本文通过理论分析、实验研究以及数值模拟的方法,围绕热-流-化学耦合作用下钙芒硝内部结构演化以及其溶解渗透特性等问题进行了研究。本文的主要研究内容及结果如下:（1）针对温度对钙芒硝内部结构的影响进行了实验研究,并结合大量资料阐述了 THC耦合作用下钙芒硝内部主要成分的物理化学变化机理及其影响因素。研究表明:单场（温度场）作用下钙芒硝内部结构变化不大,而在THC多场耦合作用下,钙芒硝矿体物理结构及其化学、力学特性均会发生较大的变化,尤其是细观裂纹、孔隙等结构的物理变化,是导致钙芒硝力学特性改变的根本原因。（2）利用先进的CT技术对不同温度、不同浓度盐溶液中的钙芒硝细观结构演化进行了实验研究,对不同长度裂纹数量及裂纹密度等物理特征参数进行了统计分析。实验结果表明:在不同浓度盐溶液中,随着温度的升高（18℃～95℃）,微小裂纹扩展、连通形成了较大的裂纹,导致微裂纹的数量在整体上呈现降低的趋势,较大的裂纹数量呈现增加的规律。在不同温度溶液中,随着浓度的升高,各个长度的裂纹数量变化率均随着浓度的升高而趋于0。淡水溶液中随着温度的升高,裂纹密度增加的速度由8条/（m2·h）降低到4条/（m2·h）;随着浓度的升高（3～6mol/L）裂纹密度变化率趋于0。裂纹特征参数的变化说明对于钙芒硝内部裂纹的产生、扩展与连通,温度起促进作用,而浓度起抑制作用。（3）为了从微细观角度分析THC耦合作用下钙芒硝内部结构的演化规律,本章通过实验对CT扫描二维图片进行详尽分析,统计了不同温度不同浓度溶液中钙芒硝细观结构的孔隙率、孔隙尺度、孔隙比表面积随时间、温度、浓度的变化规律。研究了钙芒硝损伤CT数的变化规律,并将二维图片进行三维重构,再现了钙芒硝的破裂过程。通过统计分析钙芒硝孔隙参数（孔隙率、孔隙直径、孔隙比表面积）可知:钙芒硝的孔隙率、孔隙平均直径以及孔隙比表面积随着溶浸时间的增加而增加。在不同浓度溶液中,钙芒硝在溶液溶浸作用下的孔隙率存在显著差异。以常温（18℃）条件为例,在孔隙率均为1.1～1.8%的初始条件下,淡水溶液中溶浸48h,孔隙率达到16.62%,较初始孔隙率增大近10倍;而在3mol/L和6mol/L溶液中,孔隙率分别为3.21%和1.85%,较初始孔隙率增大仅1～2倍。突出表现为盐溶液对钙芒硝孔隙演化的抑制作用,浓度越高抑制作用越明显;在不同温度的淡水溶液中,常温下钙芒硝孔隙率达到16.62%需要48h;当温度升至65℃时,23h溶浸钙芒硝孔隙率则达17.89%;而继续升温至95℃,溶浸10h孔隙率即达18.09%。可见,温度对钙芒硝溶解及孔隙结构演化起重要促进作用,提高温度可大大缩短钙芒硝的溶浸物化时间。通过分析损伤CT数可知:在相同温度溶液中,随着溶浸时间的增大,钙芒硝的CT数平均值减小,说明溶浸时间的增加,加深了岩样的破坏程度;淡水中钙芒硝的CT数均值变化比较剧烈,随着浓度的升高其变化越来越缓慢,说明溶液浓度的升高会增大对钙芒硝破裂过程的抑制作用。随着温度的升高,在淡水溶液中钙芒硝CT数的变化越来越剧烈,说明温度促进岩样的破裂过程。（4）为了研究钙芒硝的溶解-渗透特性,本文利用实时浓度测量和CT扫描两种实验手段对钙芒硝的溶解速度、溶解速率进行了实验研究,并在此基础上,利用细观渗透率计算方法,研究了不同温度（18℃、65℃、95℃）、不同浓度（淡水,3mol/L,6mol/L）盐溶液溶浸作用下钙芒硝的渗透特性。研究结果表明:随着温度的升高钠离子的平均溶解速率由0.002mol/（L·h-1）增加到0.005mol/（L·h-1）,说明温度促进钙芒硝可溶矿物的溶解。随着溶浸时间的增加钠离子的溶解速率逐渐减小,以95℃条件为例,溶浸11.42小时后钠离子的溶解速率由初始的0.012149mol/（L·h-1）逐渐降低到0.005798mol/（L·h-1）。这主要是由于溶浸时间增加,溶液中钠离子浓度逐渐增大,浓度升高抑制钙芒硝的溶解。细观渗透率计算结果表明:随着溶浸时间的增加,钙芒硝的渗透率可以增加1～2个数量级。溶液温度升高,钙芒硝的渗透率增大,以淡水条件为例,在常温、65℃、95℃条件下钙芒硝渗透率增加速率分别为1.61326E-08cm2/h、2.35179E-08 cm2/h、9.14821E-08 cm2/h。说明升高温度可以有效提高钙芒硝的渗透性,进而促进其溶解。随着浓度升高,不同温度溶液中钙芒硝渗透率的增加速率趋于0,说明浓度抑制钙芒硝矿体内部孔裂隙的发展,不利于改善其渗透特性。（5）建立了化学溶液作用下钙芒硝孔隙动态演化的数学模型,对不同温度溶液中钙芒硝的孔隙演化过程进行了数值模拟,并对溶液中的浓度场的变化规律进行了分析研究。研究结果表明:随溶浸时间增加,试件孔隙液中的离子浓度先增大后减小,最后趋于平衡;孔隙率逐渐增大,最后趋于平衡。温度越高孔隙率达到平衡值的时间越短,这与前面实验结果相一致。表明建立数学模型可以较真实地模拟溶液作用下可溶性矿物孔隙结构演化过程与规律。