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中文摘要摘要随着国家经济建设的发展，越来越多的岩石工程涉及到多场耦合问题，裂隙岩体温度场-渗流场-应力场的耦合问题已经成为当前岩石工程的研究热点和研究难点。
由于实际岩石工程中裂隙岩体多场耦合作用所处地质环境的复杂性，以及室内试验方法的局限性，数值模拟方法是目前研究裂隙岩体多场耦合作用最有效的手段之一。
近场动力学理论是一种非局部理论，它采用空间积分法描述物质力学行为，在求解不连续问题时能够有效的避免解微分方程而产生的奇异性问题，对于处理材料的不连续问题具有较大的优势，同时由于近场动力学基于非局部理论，能很好的模拟热传导与地下水的渗流问题。
本文根据近场动力学的基本原理，建立了裂隙岩体破裂过程中温度场-渗流场-应力场耦合的数值计算模型，并编制相应的计算程序对该模型进行了验证和分析，论文主要的研究工作如下：①通过在基于键作用的近场动力学理论中引入切向键以模拟材料的剪切变形，从微观机理上完善了基于键作用的近场动力学本构模型，建立了近场动力学微观力学参数与宏观弹性常数之间的关系。
根据近场动力学柯西应力张量，建立了基于非普通状态的近场动力学理论损伤破坏模型，将物质点上的应力转化为键上的应力，并运用最大拉应力强度准则、莫尔-库仑强度准则双剪强度准则来判断键的破坏与否，再将每个物质点上断裂的键的数量与该物质点上包含键的总数的比值作为该物质点的损伤函数。
该模型成功的运用于模拟岩石三维裂纹的起裂、扩展和连接，并且得到了岩石破裂过程的应力应变曲线。
②根据热传导理论，并运用欧拉-拉格朗日方程推导了基于非局部理论的近场动力学热传导方程，建立了近场动力学微导热系数与材料宏观导热系数之间的关系；运用材料的热膨胀特性，将根据近场动力学热传导方程求解出的温度场转换为近场动力学物质点的变形梯度张量，再将变形梯度张量代入非普通状态近场动力学的力状态函数中，从而实现了岩体温度场与应力场的耦合。
③根据达西定律，推导了基于非局部理论的近场动力学渗流基本方程，运用质量守恒原理建立了一维和二维情况下宏观渗透系数与微观近场动力学渗透系数之间的关系。
深基坑降水开挖的渗流场与应力场耦合分析的开题报告一、课题背景及意义随着城市化不断推进，高层建筑、桥梁、地铁等大型工程的建设越来越多。
其中，深基坑作为城市建设中不可或缺的一部分，其开挖施工所面临的困难和风险也越来越大。
在深基坑开挖的过程中，渗流场和应力场是相互耦合的，二者之间存在着复杂的相互作用关系。
因此，对深基坑降水开挖的渗流场与应力场耦合分析进行研究具有重要的理论和实际意义。
二、研究内容及方法本研究将从以下几个方面对深基坑降水开挖的渗流场与应力场耦合分析进行探究：1. 深基坑开挖及降水对渗流场和应力场的影响分析。
2. 渗流场及应力场耦合作用机理研究。
3. 建立深基坑开挖的渗流场与应力场耦合分析数值模型，并采用数值模拟的方法进行分析。
4. 借助 ANSYS 软件建立深基坑开挖的实验模型，进行物理实验验证。
三、预期成果本研究旨在探究深基坑降水开挖的渗流场与应力场耦合分析问题，预期成果包括：1. 深入研究深基坑开挖对渗流场和应力场的影响机理，深入探究二者相互耦合的作用机理。
2. 建立深基坑开挖的渗流场与应力场耦合分析模型，并进行数值模拟分析和物理实验验证，为该领域的研究提供新的思路和方法。
3. 为深基坑降水开挖施工提供重要的理论基础和技术支持，促进城市建设的有序推进。
四、研究计划及进度安排1. 阶段一：文献阅读与综述撰写；2. 阶段二：深入研究深基坑开挖对渗流场和应力场的影响机理，深入探究二者相互耦合的作用机理，并建立数值模型进行分析；3. 阶段三：基于 ANSYS 软件建立深基坑开挖的实验模型，进行物理实验验证；4. 阶段四：总结分析研究结果，撰写论文。
预计时间安排：1. 阶段一：2022 年 4 月至 2022 年 6 月；2. 阶段二：2022 年 7 月至 2023 年 3 月；3. 阶段三：2023 年 4 月至 2023 年 7 月；4. 阶段四：2023 年 8 月至 2023 年 10 月。
第5卷 第3期 地下空间与工程学报Vol.5 2009年6月 Chinese Journal of Undergr ound Space and Engineering Jun.2009 渗流场-应力场耦合作用下基坑三维数值分析3姚燕雅1,2;陈国兴1(1南京工业大学岩土工程研究所,南京210009;2.无锡城市职业技术学院,江苏无锡 214063)摘 要:通过某基坑工程实例,采用ABAQUS软件对基坑降水开挖过程进行了三维数值分析,得到了基坑的渗流场分布以及基坑围护墙的水平位移、坑后土体和道路地面的地表沉降的分布规律,并将数值计算结果与实测值进行了比较,两者规律一致,但不考虑渗流作用的结果明显是偏于不安全的。
研究表明,ABAQUS软件用于渗流场-应力场耦合作用下基坑工程的数值模拟是可行的,能反映较真实的基坑渗流与变形情况,能够为工程设计与施工提供正确参考。
关键词:深基坑;耦合作用;渗流场;沉降中图分类号:T U432 文献标识码:A 文章编号:1673-0836(2009)03-0499-06Three2D i m en si ona l Nu m er i ca l Ana lysis of D eep Founda ti on P itCon si der i n g the Effect of Seepage2stress F i eldsY AO Yan2ya1,2,CHE N Guo2xing1(1.Institute of Geotechnical Engineering,N anjing U niversity of Technology,J iangsu N anjing210009,China;2.W uxi U rban V ocational Technology Institute,D epart m ent of A rchitectural Engineering,W uxi214063,China)Abstract:Based on ABAQUS s oft w are,the3-D nu merical analysis is app lied t o one p ractical deep-founda2 ti on p it.The distributi on la ws of the seepage field,the wall’s horizontal dis p lace ment,the s oil’s settle ment and the r oad’s settle ment are all obtained fr om the analysis.According t o the comparative analysis bet w een the calculated value and the measured value,it can be known that the calculated value considering seepage is well in accordance with the measured value,though the calculated value without considering seepage is less than the measured value, thisresult is unsafe.The analysis shows that ABAQUS s oft w are can be used t o si m ulate the deep foundati on p it under the coup ling effect of seepage field and stress field,and it is reas onable,feasible,and can p r ovide s ome correct refer2 ences t o engineering design and constructi on.Keywords:deep2f oundati on p it;coup ling effect;seepage field;settle ment1 引言随着城市建设的发展,各类用途的地下空间已在世界各个大中城市大量涌现。
渗流—应力场耦合作用下苏州工业园区某地下车库基坑的变形分析作者：向华强王建丰土根来源：《科技资讯》2013年第14期摘要：地下水渗流对基坑变形的影响成为当前研究的热点，以苏州工业园区某地下车库基坑为例，采用ABAQUS模拟基坑开挖及支护过程，分析基坑开挖过程中的变形及渗流场规律。
结果表明：在开挖间歇期的坑外地表沉降量均比同期开挖结束后的沉降量要小，而基底隆起量比同期开挖结束后的隆起量要大。
每步开挖间歇结束时，围护墙的水平位移有所减小。
随着开挖的进行，围护墙周围的水头等势线越来越密，地面沉降形状为下凹的盆地形状。
关键词：基坑渗流-应力耦合分析有限元模拟中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0039-04基坑开挖时，坑内外通常存在着水头差，地下水将在坑内外水头差作用下发生渗流。
基坑开挖过程是地下水渗流与岩土变形动态耦合的过程。
利用渗流-应力耦合理论研究开挖过程中地下水的渗流形态和孔隙水压力场的分布，分析地下水渗流对基坑稳定性的影响具有重要意义。
近几年来，许多研究者在分析渗流稳定问题时，引入了渗流场与应力场的关系，即渗流-应力耦合关系，并在岩土工程的各个领域取得了一定的成果和进展，渗流-应力耦合问题已成了研究的热点问题。
谢兼量[1]进行了渗流应力耦合条件下的海堤边坡稳定性研究；贾善坡等[2]进行了泥岩隧道施工过程中，渗流场与应力场完全耦合的损伤模型研究；张巍等[3]对大型地下洞室群围岩进行了应力-损伤-渗流的耦合分析；张媛媛[4]，苗丽等，周建国等[6]在土坝的渗流场与应力场的耦合应用方面的研究获得了一些进展；王强等[7]，杨永恒[8]，郭娟[9]，周舒威等[10]基于渗流-应力耦合对尾矿坝的稳定性进行了研究；李筱艳[11]、纪佑军等[12]采用渗流-应力耦合分析，求解基坑的渗流场以及位移场。
本文结合苏州工业园区星海街站南北两侧公共地块地下车库项目，利用ABAQUS有限元软件进行了基坑工程在渗流-应力耦合作用下的变形分析，可为基坑工程的设计和施工提供参考。
第5卷 第1期1999年3月地质力学学报JOU RNAL O F GEOM ECHAN I CS V o l .5 N o.1M ar.1999 文章编号:100626616(1999)0120017226收稿日期:1998205212基金项目:油气藏地质与开发工程国家重点实验室开放研究基金项目(PLN 9702)作者简介:董平川(19672),男,1998年在东北大学获博士学位,讲师。
现为石油大学油气开发工程在站博士后,从事储集层流固耦合理论、有限元数值模拟及其应用研究。
流固耦合问题及研究进展董平川1,徐小荷2,何顺利11石油大学,北京 昌平 102200;2东北大学,辽宁 沈阳 1100061摘 要:传统的渗流理论一般假设流体流动的多孔介质骨架是完全刚性的,即在孔隙流体压力变化过程中,固体骨架不产生任何弹性或塑性变形,这时可将渗流作为非耦合问题来研究。
这种简化虽然可以得到问题的近似解,但存在许多缺陷,而且也不切合生产实际。
比如:在油田开采过程中,孔隙流体压力会逐渐降低,将导致储层内有效应力的变化,使储层产生变形。
近年来,流固耦合问题越来越受到人们的重视,这方面的研究涉及许多领域。
该文介绍了有关工程涉及到的流固耦合问题,重点针对油、气开采问题,介绍了储层流固耦合渗流的特点及研究方法和理论进展,包括单相、多相流体渗流的流固耦合数学模型及有限元数值模型。
关键词:流2固耦合;理论模型;研究进展;工程应用分类号:T E 312 文献标识码:A0 引 言天然岩石不只固相介质一种,尚有固相、液相和气相并存的多孔介质组合。
岩石孔隙中的流体流动问题,经典渗流力学已进行了广泛研究,但它没有考虑流体流动和岩石变形之间的相互作用,而在油气开采、地下水抽放等过程中,由于孔隙流体压力的变化,一方面要引起岩石骨架应力变化,由此导致岩石特性变化;另一方面,这些变化又反过来影响孔隙流体的流动和压力的分布。
因此,在许多情况下必须考虑流体,包括液体(油或水)、气体(天然气、煤矿瓦斯等)在多孔介质中的流动规律及其对岩体本身的变形或强度造成的影响,即应考虑岩体内应力场与渗流场之间的相互耦合作用。
流固耦合问题研究进展及展望流固耦合问题研究进展及展望流固耦合问题研究进展及展望摘要：天然岩体大多数为多相不连续介质，岩体内充满着诸如节理、裂隙、断层、接触带、剪切带等各种各样的不连续面，为地下水提供了储存和运动的场所。
地下水的渗流以渗透应力作用于岩体，影响岩体中应力场的分布；同时岩体应力场的改变使裂隙产生变形，从而影响了裂隙的渗透性能，因此，流固耦合问题研究主要考虑流体在固体中的变化规律，尤其是流体渗流与和岩体应力之间的耦合作用,通过对国内外相关文献的分析与整理，从流固耦合的研究现状、特点、研究方法及展望这四个方面进行了论述。
关键词：流固耦合；岩体；地下水；研究方法；渗流中图分类号：X523文献标识码： A 文章编号：天然岩石不只是单一固相介质，尚有固相、液相和气相并存的多孔介质组合，岩石经历了漫长的成岩和改造历史，其内部富含各种缺陷，包括微裂纹、孔隙以及节理裂隙等宏观非连续面，它们的存在为地下水提供了储存和运动的场所。
地下水的渗流还以渗透应力作用于岩体，影响岩体中应力场的分布，同时岩体应力场的改变往往使裂隙产生变形，影响裂隙的渗透性能，所以渗流场随着裂隙渗透性的变化重新分布，因此，在许多情况下必须考虑流体,包括液体(油或水)、气体(天然气、煤矿瓦斯等)在多孔介质中的流动规律及其对岩体本身的变形或强度造成的影响，即应考虑岩体内应力场与渗流场之间的相互耦合作用。
近年来，流固耦合问题越来越受到人们的重视，这方面的研究涉及许多领域，在采矿领域，涉及地热开发，石油开采中的流固耦合渗流，采矿围岩突水问题等。
在建筑工程领域，包括地下水抽取引起的地面沉降问题，基坑渗流引起变形问题，坝基渗流及稳定性问题，隧道建设等。
在环境工程领域涉及地下核废料存储，城市垃圾废弃物处理等以及生物医学工程等领域，这一问题的研究对促进科技进步和解决实际工程技术问题有着重要意义。
1 国内外研究现状关于岩体和流体相互作用研究最早见诸K.Terzaghi对有关地面沉降研究，其内容主要限于考虑一维弹性孔隙介质中饱和流体流动时的固结，提出了著名的有效应力公式，迄今该公式仍是研究岩体和流体相互作用的基础公式之一。
渗流应力耦合（间接耦合）在岩土结构分析中，地下水位的变化往往会造成结构的受力变化，进而引起变形。
因此在计算中需要考虑地下水位的影响。
一、原理根据太沙基（Terzaghi）原理，总应力（）可以分为有效应力（）和孔隙水压力（）。
水不能承受剪切应力，所以有效剪切应力和总的剪切应力相等。
即总应力的表达式如下：在GTS程序中，实现应力渗流耦合（间接）是根据以上公式，首先通过渗流计算得到有效应力计算需要的孔隙水压力，然后将该孔隙水压力调入到应力分析中（包括线性非线性静力分析、施工阶段分析、边坡稳定分析等）。
二、操作过程1、线性非线性静力分析、边坡稳定分析在这两类分析中，由于不考虑施工阶段，因此程序添加了其他工况的结果（主菜单-模型-荷载）命令。
通过该命令，用户可以将渗流分析工况得到的孔隙水压力调入到应力分析中，进而计算有效应力，利用有效应力原理进行计算。
图1 其他工况的结果需要注意的是：在分析工况定义的时候，需要激活该荷载组；导入的渗流可以包括稳定流分析、非稳定流分析、施工阶段（渗流）分析的结果，其中非稳定流和施工阶段需要指定时间段。
2、施工阶段分析在施工阶段分析中，用户可以根据渗流边界的变化设定渗流工况：根据有效应力原理，首先需要得到孔隙水压力。
在GTS 施工阶段中，需要在应力分析前定义阶段类型为渗流阶段（包括稳定流和非稳定流），这样程序会根据模型以及渗流边界条件计算得到孔隙水压力，然后程序自动把每个单元的孔隙水压力调入到下一步应力计算中去。
这里需要注意的是每一步渗流必须在应力分析前。
例如：考虑降水对周围结构物的影响。
（二维分析）模型模型如上图，考虑坑周围降水（在坑周围上设置节点流量边界），以实体代表建筑物。
模型建立和边界条件不详细说明。
先说明重点说明施工阶段的定义：建筑物 基坑周围降水第一步第一步计算初始渗流场，阶段类型定义为渗流（稳态）。
第二步第二步计算自重应力场，阶段类型定义为施工。
第三步第三步计算降水引起的渗流场，阶段类型定义为渗流（稳态）。
