深部裂隙岩体的加卸载力学特性与多场耦合模型研究

深部岩体工程的高应力问题、高外水压以及复杂应力路径下的加卸载问题已成为岩土工程界迫切解决的关键技术难题。本项目通过对深部岩体地应力分布规律的调研，结合锦屏大理岩的加卸载力学实验研究，揭示了大理岩的强度变形特征及破裂机制，利用概率损伤理论，建立了深部岩体的概率损伤本构模型；并通过在模型材料中预制裂隙，进行加卸载力学实验，研究了深部裂隙岩体的破坏特性、沿结构面剪切破坏的影响因素和沿结构面滑动破坏的条件；开展了深部裂隙饱和试样的渗流加卸载实验，探讨了裂隙水压对岩体强度、变形、弹性模量、变形模量及泊松比的损伤效应，并建立了裂隙岩体渗流-应力-损伤演化模型。以建立的模型方程为手段，对锦屏二级水电站引水隧道以及溪洛渡水电站地下厂房各施工阶段的稳定性及渗流特性进行了分析和研究。 2100433B

本项目通过总结和分析深部岩体地应力和裂隙水赋存规律，特别是深部岩体开挖扰动产生的二次应力场及卸载特点，结合深部岩体裂隙的空间几何分布特点，在宏细观尺度下研究深部岩石、岩体结构面在高围压、高渗透水压联合作用下的加卸载变形性质与渗透特性，通过扫描电镜对岩体裂隙在复杂应力路径下的起裂、扩展和贯通机制进行微细观分析，分析研究单一岩体结构面在深部地质环境下的扩展变形与渗透特性，研究高围压、高水压作用下深部岩体多裂隙的相互作用及对岩体结构面断裂扩展、变形性质与渗透特性的影响，在此基础上，建立深部裂隙岩体的应力场、渗透场、损伤场相耦合的力学模型，并进行深部岩体工程的稳定性评价以及所引起的地质灾害的预测预防。本项目的研究工作对推动深部裂隙岩体力学学科的发展有着重要的理论意义，也是我国深部能源和深层空间开发利用工程建没中迫切需要解决的重大工程关键技术问题，其研究成果具有十分广泛的应用前景。

开展高地应力高渗透压条件下裂隙岩体的现场与室内强度、流变和渗流试验，研究深部裂隙岩体的变形机理与破坏准则、渗透特性及水力耦合机理，建立反映深部地质环境与工程扰动效应的岩体水力耦合模型与分析方法；研究深部岩体的流变变形规律，建立高地应力高渗透压条件下裂隙岩体的流变模型与分析方法；研究深部工程岩体开挖过程的变形与渗流控制机理，提出深部岩体渗流和变形控制安全判据，为锦屏一级、二级水电站地下洞室群和引水隧洞等高地应力高渗透压条件下裂隙岩体的渗流和变形控制提供理论依据。研究成果在西部水电开发、核废料地质深层处置、深部采矿和石油开采等领域具有广阔的工程应用前景。 2100433B

赵延林、曹平、王卫军编著的《裂隙岩体渗流-损伤-断裂耦合理论及工程应用》内容提要：本书详细介绍了裂隙岩体渗流一损伤一断裂耦合理论及其在相关工程领域的应用。主要内容包括：渗流应力作用下裂隙岩体断裂力学特性研究，类岩材料多裂纹体断裂破坏实验与岩石断裂韧度测试、裂隙岩体渗流-损伤-断裂耦合本构模型研究、基于双重介质裂隙岩体渗流-损伤-断裂耦合模型有限元分析、裂隙岩体渗流损伤-断裂耦合的扩展FLAC3D分析、高压预注水致裂软化煤层的工业试验和数值研究。

铁电制冷是一种利用电卡（热）效应工作的高效固态制冷技术，是微电子和微机电系统最佳制冷方案之一。电卡效应是利用退极化过程中有序熵增加进行吸热制冷，与铁电相变过程中的相界移动密切相关。因此，电卡效应既决定于热力学状态，也受动力学过程影响。但是目前电卡效应的动力学研究还很缺乏。本项目将对多场耦合条件下动力学参数对铁电多层厚膜电卡效应的影响展开系统研究。由于多层厚膜具有与薄膜类似的巨电卡效应，而且有效体积远超薄膜，可以形成巨大的实际吸热量，因此本项目以多层厚膜为主要研究对象，特别关注各动力学参数对电卡效应的影响，同时充分考虑应力-电场-温度多场耦合作用的影响，以便获得动力学参数影响电卡效应的规律和物理图象，建立材料显微结构特征与动力学过程的关联，并且通过动力学参数控制电卡效应来实现高效的单循环净制冷。本项目不但对电卡效应的基础研究具有重要意义，而且对铁电制冷实用化也将起到促进作用。