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围岩稳定性研究的国内外文献综述

1.1.1多场耦合环境岩石力学特征研究现状

随着我国国民经济的快速提升，交通隧道、固体资源开采和能源储存库等岩石工程不断向深部发展。然而，随着深度的增加，岩体的赋存条件愈加复杂，在高地应力、高温、高水压的耦合作用下，岩体力学性质将发生显著劣化，严重影响地下工程的安全建设与长期运营[12]。因此，继20世纪50年代针对水库诱发地震首次开展岩石多场耦合研究之后[12],国内外学者对两场及多场耦合环境下的岩石力学特征开展了大量卓有成效的研究工作，取得了一系列的研究成果。

在温度与应力耦合(TM)方面，岩石在温度作用下产生热膨胀应力，促进微裂隙萌生和扩展，导致岩石产生相应地损伤，使得岩石的强度、变形等力学特性发生改变[13。刘泉声等[15,16]研究了在20-350℃温度范围内，单轴压缩条件下花岗岩的应变和粘聚力随温度和时间的变化规律，并引入热损伤的概念来描述温度对岩石力学特性的影响。孟召平[17、朱合华[181、高小平等[19分别从不同角度研究了温度对岩石力学特性的影响，并提出相应的热损伤因子。Almetal.[20研究了花岗岩在不同温度热处理后的力学特性，揭示了不同温度热处理对岩石微破裂过程的影响。张莲英等21探究了大理岩、石灰岩、砂岩的峰值强度、峰值应变、弹性模量随温度的变化规律。万志军22l研究了高温三轴压缩下花岗岩的热变形和破坏特征，发现随着温度升高，岩石的变形随着时间增长更加明显，且破坏模式开始从脆性向延性转变。

此外，部分学者也围绕热-力(TM)耦合本构模型开展了先期研究，并取得了较为丰硕的成果24-271。刘泉声等[281通过定义热损伤，推导出了热损伤演化方程和一维TM耦合弹脆性损伤本构方程。南建林[291建立了温度-应力耦合作用下的混凝土本构模型，并对该本构关系的合理性进行了实验验证。Li等[301基于温度对岩土材料的损伤试验研究，结合莫尔-库伦准则，提出了岩土材料的统计损伤本构模型。陈益峰等[25采用均匀化方法，建立了TM耦合作用下低孔隙率脆性岩石的有效热传导特性模型。左建平等131利用最小耗能原理推导了热力耦合环境下深部岩石的屈服破坏准则。

在应力和渗流场耦合作用(HM)下，静水压力在刺激岩石裂纹产生和加速岩石破裂的过程中会对岩石的强度和变形特性产生显著的影响。赵延林等1321从水-岩物理作用出发，探讨压剪岩石裂纹流变断裂过程中渗透压所起的作用。张雪颖等1341发现大理岩的强度受孔隙水压影响而大幅降低，孔隙水压会加剧岩石的脆性破裂，使得大理岩的峰前脆性特征更加明显。Bruno等[35通过开展现场测试，

发现孔压对裂纹扩展、贯通有双向影响。李小琴[361分析了试样的渗透系数-围压以及偏差应力-围压的关系曲线。朱杰兵37基于三轴卸荷渗透试验，探讨了卸荷渗透率与轴向应变、渗透率与围压间的变化规律。艾万民38开展了岩体卸荷渗流试验，结果表明渗透系数与卸荷量近似成双曲线关系。杨天鸿[391和唐春安[40]基于岩石应力-应变-渗透率全过程的试验数据，揭示了岩石破裂过程中的HM耦合机制。

岩石的渗流-应力耦合本构模型可以从理论上定量地预测和分析其力学行为。目前的渗流-应力耦合力学模型主要有以下六种[41]:(1)等效连续介质模型；(2)双重介质模型；(3)裂隙网络模型；(4)连续损伤力学模型；(5)断裂力学模型；(6)统计损伤模型。其中，前三种理论模型主要以黏弹塑性本构为基础，重点考虑渗流场的影响，而后三种则主要关注渗流-应力耦合对于岩石损伤演化造成的岩石内部结构的变化所产生的复杂耦合效应。具体地，Noorishad等[421从Biot固结理论出发，提出了裂隙应力-渗流耦合分析模型。周辉[43从统计学的观点出发，建立了岩石细观统计渗流模型。王辉等[45建立了基于离散介质模型的流固耦合模型，并利用UDEC软件将该模型用于重力坝的深层抗滑稳定性分析中。李术才[46]基于离散介质流固耦合理论，探讨了地下石油洞库的水封性和稳定性。王洪涛[47建立了离散介质与连续介质耦合渗流模型，并将其用于乌江构皮滩水利枢纽的设计之中。

上世纪80年代，在核废料处理及地热开发工程中，学者们开始关注水-热-力(THM)耦合问题，在水-热-力耦合作用下岩石机理方面的探究也取得了一定成果[48-53。美、英、法、日等7个国家及欧盟的12个研究小组开展了名为DECOVALEX的国际合作研究计划，取得了重大研究进展54]。Millard等55开展了针对裂隙岩体的THM耦合研究，提出了比较全面的三场耦合作用模式。程瑞端等56根据变温煤样渗流实验，分析了有效应力、温度