第1章 绪论 1
1.1 背景与意义 1
1.2 相关研究进展和基础 2
1.2.1 岩石力学特性试验研究 2
1.2.2 岩石力学模型研究 7
1.2.3 岩石渗流特性与模型研究 13
1.2.4 岩石流固耦合特性与模型研究 17
1.3 本书研究内容 24
参考文献 25
第一部分 试验研究 41
第2章 物理特性试验 41
2.1 多孔岩石：砂岩 41
2.1.1 孔隙率 41
2.1.2 细观结构 41
2.2 致密岩石：大理岩 43
2.2.1 基本物性 43
2.2.2 细观结构 45
2.3 两类岩石比较 46
参考文献 46
第3章 力学试验 47
3.1 砂岩力学试验 47
3.1.1 试验条件 47
3.1.2 三轴试验系统 49
3.1.3 试验结果 50
3.2 大理岩力学试验 55
3.2.1 试件制备 55
3.2.2 力学试验设计 55
3.2.3 循环加卸载试验方法 56
3.2.4 大理岩循环加卸载试验结果 61
3.2.5 试验结果分析 68
3.3 本章小结 80
参考文献 80
第4章 渗流试验 82
4.1 砂岩渗流试验 82
4.1.1 试验方法 82
4.1.2 试验结果 83
4.2 高渗透压下大理岩渗流试验 86
4.2.1 试验步骤 87
4.2.2 试验现象和结果 87
4.2.3 试验分析 89
4.3 本章小结 95
参考文献 96
第5章 有效应力系数测试 97
5.1 砂岩的有效应力系数测试试验 97
5.1.1 试验方法 97
5.1.2 试验结果 99
5.2 大理岩的有效应力测试试验 107
5.2.1 试验步骤 107
5.2.2 试验现象和结果 107
5.2.3 试验分析 111
5.3 本章小结 113
参考文献 114
第二部分 理论模型研究 117
第6章 细观力学模型 117
6.1 均匀化方法 117
6.1.1 稀疏方法 118
6.1.2 Mori-Tanaka方法 119
6.1.3 自洽方法 120
6.2 基本框架 121
6.3 模型的构建 123
6.3.1 塑性演化表述 127
6.3.2 损伤演化表述 129
6.4 模型验证和应用 131
6.4.1 参数确定 131
6.4.2 三轴压缩试验模拟 132
6.5 本章小结 138
参考文献 138
第7章 基于细观力学模型的流固耦合模型 141
7.1 孔隙塑性损伤力学模型的基本框架 141
7.2 渗透率模拟 143
7.3 有效应力系数模拟 147
7.3.1 有效应力系数表达式 147
7.3.2 有效应力系数模拟结果 149
7.4 流固耦合关系 150
7.4.1 塑性和损伤表达式 150
7.4.2 孔隙耦合系统的表达式 151
7.4.3 模型参数的确定 152
7.4.4 模拟结果 153
7.5 本章小结 163
参考文献 164
第8章 脆性岩石宏观弹塑性力学模型 165
8.1 岩石弹塑性力学模型的适用范围 165
8.2 岩石弹塑性耦合力学模型 166
8.2.1 弹塑性耦合规律 167
8.2.2 硬化软化规律 167
8.2.3 流动法则 172
8.3 数值计算方法 181
8.3.1 数值计算格式的推导 181
8.3.2 弹塑性耦合力学模型的数值实现 184
8.3.3 基于弹塑性耦合力学模型的围岩开挖扰动分区 185
8.4 力学模型及数值计算方法验证 186
8.4.1 室内常规三轴试验模拟 186
8.4.2 卸围压试验模拟 187
8.4.3 加拿大Mine-by试验洞破坏区模拟验证 190
8.5 工程应用 192
8.5.1 辅助洞2#试验洞概况 192
8.5.2 数值模型和计算条件 194
8.5.3 围岩力学参数的确定 195
8.5.4 辅助洞2#试验洞开挖过程模拟结果分析 200
8.6 本章小结 210
参考文献 211
第9章 基于宏观力学模型的流固耦合模型 214
9.1 连续介质流固耦合模型 214
9.2 岩石非线性流固耦合关系的试验结果概述 216
9.3 有效应力系数模型 219
9.3.1 有效应力系数普适模型的建立 220
9.3.2 弹性条件下有效应力系数的演化规律 223
9.3.3 塑性条件下有效应力系数的演化规律 231
9.4 高渗透压下的岩石非Darcy流特性研究 235
9.4.1 Darcy流和非Darcy流统一渗流方程的推导 235
9.4.2 Darcy流和非Darcy流判据 238
9.5 数值计算方法 239
9.6 流固耦合模型的工程应用 240
9.6.1 考虑高水压作用的围岩稳定性分析 241
9.6.2 隧洞突、涌水对策研究 247
9.7 本章小结 249
参考文献 250