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随着我国基础建设步伐的加快及西部大开发战略的实施,在大量的隧道、路基边坡、水利堤坝、矿山巷道及地下电站等大型工程建设过程中,与软弱岩体相关的种种工程问题逐渐突出。软岩工程的稳定性与其在渗流环境下的力学行为密切相关。岩水相互作用机理作为岩土工程领域的前沿课题,目前的研究并不充分。此外,国内外学者对其反问题的研究更是相当缺乏,因此针对该问题开展专题研究极有必要。
本文针对软岩渗流-应力耦合作用的机理与效应,在渗流-应力耦合作用的性态,计算分析的解析法与有限元数值方法,以及耦合参数的优化反演方法等方面开展了研究,进行的工作与取得的成果主要有:
(1)对渗流-应力耦合条件下各向异性软岩的特性开展了试验研究,根据试验结果建立了改进的渗流-应力耦合本构模型,使可在本构关系中直接反映渗流的影响,能较好描述渗流条件下软岩应变硬(软)化的特性。
(2)通过引进应力调整系数考虑岩体弹塑性应力重分布的影响,建立了渗流耦合条件下的深埋圆形隧洞弹塑性应力的解析解。
(3)在前人建立的各向异性软岩渗流-弹性应力耦合分析方法的基础上,建立了可考虑岩体的弹塑性特征及渗流主轴与应力主轴不一致的影响,即渗流-弹塑性应力耦合问题的算法,并编制了MATLAB环境下的分析程序。
(4)对优化反演方法,通过引进复变量微分法计算灵敏度系数,建立了耦合分析参数反演的复变量微分法。编制了MATLAB环境下的反演程序,并通过弹性模型,弹塑性模型,渗流-弹性应力耦合模型算例的参数反演,以及对隧道工程实例的渗流-弹塑性应力耦合模型参数反演验证了建立的方法及程序的正确性。
最后,对全文的研究工作进行了总结,并对后续的研究工作进行了展望。