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1. 项目名称裂隙岩体剪切渗流试验装备与稳定控制关键技术2. 提名者及提名意见岳清瑞：该项目在国家杰出青年基金、国家自然科学基金、973前期专项、教育部创新团队发展计划等支持下，经过长期技术攻关和工程实践，发明了裂隙岩体剪切渗流系列试验装备和试验方法，研发了裂隙岩体模型试验系统和理论分析方法，形成了裂隙岩体稳定控制理论与技术体系。
该项目有力提升了我国在地下工程领域的国际地位，获山东省技术发明一等奖2项、山东省科技进步一等奖1项。
张玉卓：近年来，我国隧道与地下工程建设进入了空前繁荣期，煤炭等能源开采逐渐延伸到千米以下，岩体剪切破坏和渗透失稳诱发的突水、塌方等工程事故时有发生，已成为地下工程建设和能源开采过程中的重大安全隐患。
针对这些难题，该项目发明了裂隙岩体剪切渗流系列试验装备，揭示了裂隙岩体剪切渗流特性及渗透失稳的诱发机制，研发了大型裂隙岩体模型实验系统，形成了系统的围岩控制关键技术体系。
研究成果获得了多项核心专利成果，在领域内国际顶级期刊发表了多篇高水平论文。
这些新理论和新方法在深部能源开采等工程领域得到了广泛应用，丰富和推动了学科发展。
翟婉明：随着重大基础设施建设的发展，我国已成为世界上隧道及地下工程修建规模与难度最大的国家。
所遇到的地质条件越来越复杂，环境条件越来越恶劣，修建难度也越来越大，已有工程岩体剪切渗流基础理论、室内实验及稳定性控制技术仍不完善。
蒋宇静教授带领的团队针对工程建设中的重大科学问题，对复杂条件下裂隙岩体试验装备和试验方法、围岩稳定控制关键技术进行了深入系统的研究，取得了重要的理论进展和关键技术突破，达到国际领先水平。
3. 项目简介该项目属于土木工程防灾减灾领域。
目前，我国隧道与地下工程建设进入空前繁荣期，越来越多的交通、水利水电等工程修建在裂隙严重发育、水文地质条件十分复杂的区域，深部能源开采也面临同样困境。
裂隙岩体剪切破坏和渗透失稳诱发的大体积塌方、突水突泥等工程事故时有发生，仅交通、水电领域就发生百余起，经济损失巨大。
裂隙岩体渗流特性及溶质运移研究综述裂隙岩体是一种常见的地质介质，在水文地质和环境工程领域有着重要的应用价值。
对裂隙岩体渗流特性及溶质运移进行研究，可以为地下水资源开发利用、污染物迁移预测和环境风险评估提供科学依据。
本文综述了裂隙岩体渗流特性与溶质运移的研究现状和方法，旨在为相关研究提供参考。
裂隙岩体的渗流特性与溶质运移过程受到裂隙参数、含水层建模、渗流场、物理化学过程等多个因素的影响。
在裂隙岩体的渗流特性研究中，一般采用实验、数值模拟和现场观测相结合的方法。
实验研究可以通过控制条件，模拟裂隙岩体的渗流过程，获得渗流参数和物理化学参数等基本数据。
数值模拟方法可以通过建立裂隙网格模型，模拟裂隙岩体的渗流场，分析渗流过程及溶质迁移情况。
现场观测则可以通过对地下水位、溶质浓度和水质变化等参数的监测，了解裂隙岩体的实际渗流特性和溶质运移过程。
裂隙参数是研究裂隙岩体渗流特性与溶质运移的重要基础。
裂隙参数包括裂隙长度、宽度、连通程度、导流能力等指标。
裂隙参数的测定方法有直接法、间接法和统计分析法等。
直接法通过对野外或实验室取得的岩芯样品进行测量，直接获得裂隙参数的数值数据。
间接法则通过裂隙发育程度与物理力学参数或地层学参数的关系，间接推算裂隙参数。
统计分析法通过对大量的野外或实验室样本进行统计分析，得到裂隙参数的概率分布。
在裂隙岩体渗流特性研究中，渗流场分析是重要的研究内容之一。
渗流场分析可以通过建立裂隙网络模型，模拟裂隙岩体的渗流场。
常用的模型有二维和三维模型，其中二维模型适用于具有平面对称性的问题，三维模型适用于一般性问题。
渗流场分析需要确定边界条件和初始条件，并通过数值方法求解渗流方程。
常用的数值方法有有限差分法、有限元法和边界元法等，这些方法在裂隙岩体渗流特性研究中有着广泛的应用。
裂隙岩体渗流特性研究的另一重要内容是溶质运移模拟。
溶质运移是指溶质在裂隙岩体中的输送和迁移过程。
溶质的运移过程受到多种因素的影响，包括扩散、吸附、解吸、降解等物理化学作用。
《裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论及应用研究》篇一一、引言随着工程建设的不断深入，岩体工程中的渗流、损伤和断裂问题日益突出，特别是在裂隙岩体中，这些问题更是成为了研究的热点。
裂隙岩体因其特有的地质构造和物理特性，使得其渗流、损伤和断裂行为具有显著的复杂性和特殊性。
因此，研究裂隙岩体渗流—损伤—断裂的耦合理论，不仅有助于理解岩体的力学行为，也有助于指导实际工程的设计和施工。
二、裂隙岩体渗流理论渗流是岩体中流体运动的一种基本现象，尤其在裂隙岩体中，流体的运动规律直接影响到岩体的稳定性和力学行为。
裂隙岩体渗流理论主要研究的是流体在裂隙中的流动规律，包括流体的物理性质、裂隙的几何特征以及流体的运动方程等。
目前，常见的裂隙岩体渗流理论有达西定律、非达西定律等。
三、损伤理论在裂隙岩体中的应用损伤是指材料或结构在受力或环境作用下，其内部产生微观或宏观的缺陷，导致材料或结构的性能降低。
在裂隙岩体中，损伤主要表现为岩体的强度降低、变形增大等。
损伤理论在裂隙岩体中的应用主要表现在以下几个方面：一是通过研究损伤的演化规律，预测岩体的长期强度和稳定性；二是通过建立损伤本构模型，描述岩体的力学行为；三是通过分析损伤与渗流、断裂的耦合关系，揭示岩体的破坏机制。
四、断裂理论及在裂隙岩体中的应用断裂是岩体的一种基本破坏形式，也是工程中需要重点关注的问题。
在裂隙岩体中，断裂不仅与岩体的强度和稳定性有关，还与流体的运动和渗流有关。
断裂理论主要研究的是材料或结构的断裂过程和断裂机制，包括裂纹的扩展、能量释放等。
在裂隙岩体中，断裂理论的应用主要包括以下几个方面：一是通过分析裂纹的扩展规律，预测岩体的破坏模式；二是通过建立断裂力学模型，描述裂纹的扩展过程；三是通过研究断裂与渗流、损伤的耦合关系，揭示岩体的破坏机理。
五、裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论及应用裂隙岩体渗流—损伤—断裂耦合理论是指综合考虑渗流、损伤和断裂对岩体稳定性和力学行为的影响的理论。
岩石微裂隙渗流特性研究的新进展
宋伟杰;陈海涛;邓美旭;杜贻腾
【期刊名称】《四川水泥》
【年(卷),期】2017(000)009
【摘要】对国内外岩石微裂隙渗流特性的最新研究成果进行综述,并分析讨论相关微裂隙结论的适用性与可靠性.分析表明:在微裂隙渗流特性研究中,力学开度、节理粗糙度系数等参数的有效确定对于理论研究、实验开展以及数值模拟方面起到了至关重要的作用,微裂隙的试验研究还处于探索阶段,高精度的测量仪器在裂隙领域当中的应用研究还有待加强,本文的结论也为微裂隙渗流特性的研究提供了一定的借鉴和方向.
【总页数】1页(P263)
【作者】宋伟杰;陈海涛;邓美旭;杜贻腾
【作者单位】山东科技大学土木工程与建筑学院;山东科技大学土木工程与建筑学院;山东科技大学土木工程与建筑学院;山东科技大学土木工程与建筑学院
【正文语种】中文
【中图分类】G322
【相关文献】
1.破碎岩石渗流特性及其应用研究
2.充填泥沙裂隙岩石渗流特性的实验研究
3.裂隙特征对岩石渗流特性的影响规律研究
4.含天然微裂隙岩石的力学特性试验研究
5.考虑壁面浸润性的光滑岩体微裂隙渗流特性数值模拟研究
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裂隙岩体的渗流特性试验及理论研究方法摘要：简要叙述岩体裂隙的几何特性，岩石裂隙渗流特性研究的方法。
综述了国内外裂隙岩体单裂隙、水力耦合、非饱和情况下的渗流特性物模试验研究成果，并做了相应的分析和讨论。
分析表明：物模试验在研究裂隙岩体渗流特性方面具有不可替代的作用；需要进行更多的模拟实际岩体裂隙的试验；真正意义上的非饱和渗流试验还很少；分析结果为今后的裂隙岩体渗流特性物模试验研究提供了有益的方向。
关键词：裂隙岩体；渗流 ；单一裂隙；水力耦合；非饱和一 前言新中国成立以后，交通、能源、水利水电与采矿工程各个领域遇到了许多与工程地质及岩土力学密切相关的技术难题，在许多岩土工程、矿山工程及地球物理勘探过程中，岩体的渗透率起到十分重要的作用，但在理论上尚未引起足够的重视，通常将岩体渗流处理为砂土一样的多孔介质，用连续介质力学方法求解。
与孔隙渗流的多孔介质相比，裂隙岩体渗流的特点有：渗透系数的非均匀性十分突出；渗透系数各向异性非常明显；应力环境对岩体渗流场的影响显著；岩体渗透系数的影响因素复杂，影响因子难以确定。
岩石裂隙渗流特性研究的方法通常有直接试验法、公式推导法和概念模型法，而试验研究是其中一个最重要最直接的途径。
本文介绍了当前裂隙岩体渗流试验研究。
二 岩体裂隙的几何特性岩体的节理裂隙及空隙是地下水赋存场所和运移通道。
岩体节理裂隙的分布形状、连通性以及空隙的类型，影响岩体的力学性质和岩体的渗透特性。
岩体中节理的空间分布取决于产状、形态、规模、密度、张开度和连通性等几何参数。
天然节理裂隙的表面起伏形态非常复杂，但是从地质力学成因分析，岩体总是受到张拉、压扭、剪切等应力作用形成裂隙，这种作用不论经历多少次的改造，其结构特征仍以一定的形貌保留下来，具有一定的规律性。
裂隙面形态特征的研究越来越受到重视，在确定裂隙面的导水性质及力学性质方面，其作用越来越大。
裂隙面的产状是描述裂隙面在三维空间中方向性的几何要素，它是地质构造运动的果，因而具有一定的规律性，即成组定向，有序分布。
裂隙岩体渗流特性及溶质运移研究综述裂隙岩体是一种具有裂隙结构的岩石，裂隙通常是岩体中一些断裂、节理、收缩或膨胀形成的。
裂隙岩体的渗流特性及溶质运移是地下水资源、地下水污染防治等问题中的重要研究内容。
本文将首先介绍裂隙岩体渗流特性的研究进展，接着对溶质运移的研究进行综述。
裂隙岩体的渗流特性是指岩体中水或其他流体在裂隙中运移的性质与规律。
过去的研究发现，裂隙岩体的渗透系数与渗透性、裂隙长度和裂隙宽度等因素有关。
一般而言，裂隙岩体的渗透系数较高，水的渗流速度也较快。
裂隙岩体中的渗流通道通常呈现为非均匀性分布，即通道的宽窄和连通性等参数差异较大。
裂隙岩体的渗流过程还受到张力水、压力水和升华水等多种水文过程的影响。
裂隙岩体的渗流特性研究对于地下水资源的开发、管理和污染防治具有重要意义。
溶质运移是指地下水中溶解物质（溶质）在裂隙岩体中迁移的过程。
裂隙岩体中的溶质运移可以通过多种方式进行，如对流、扩散和吸附等。
裂隙岩体中的溶质运移与裂隙的物理化学性质、水流的速度和溶质的性质等因素密切相关。
研究表明，裂隙岩体中的溶质运移通常呈现非均质性和非线性性。
这些非线性特征使得溶质在岩体中的迁移过程具有一定的难以预测性。
溶质运移的研究可以帮助理解地下水中污染物的迁移规律，以及通过合理的预测和控制手段来保护地下水的质量。
近年来，随着各种地球物理、地质和化学技术的发展，裂隙岩体渗流特性及溶质运移的研究得到了较大的进展。
高分辨率扫描电子显微镜技术可以更加精确地观察和测量裂隙岩体中的裂隙形态和渗透性。
数值模拟方法可以模拟裂隙岩体中的渗流和溶质运移过程，为进一步研究提供了理论基础。
实地观测和实验室试验可以验证和验证模型的有效性。
裂隙岩体渗流特性及溶质运移是地下水资源和地下水污染防治等领域的重要研究内容。
未来的研究可以从深入理解裂隙岩体的渗流机制和溶质迁移规律出发，提出相应的模型和方法。
与其他学科的交叉研究也可以为裂隙岩体渗流特性及溶质运移的研究提供新的思路和方法。
裂隙岩体渗流特性及溶质运移研究综述
裂隙岩体是地下水和溶质运移的重要通道，对地下水资源的保护和管理具有重要意义。
随着裂隙岩体渗流特性及溶质运移研究的不断深入，人们对裂隙岩体地下水和溶质运移的
认识逐渐提高。
本文将对裂隙岩体渗流特性及溶质运移研究的现状和发展进行综述，以期
为相关领域的研究和应用提供一定的参考和借鉴。
一、裂隙岩体渗流特性研究
裂隙岩体渗流特性是研究裂隙岩体地下水和溶质运移的基础。
裂隙岩体的渗流特性受
裂隙结构、渗透性、压力、温度等因素的影响。
研究发现，裂隙岩体的渗透性与裂隙结构
密切相关，裂隙间距越大、连通性越好，渗透性就越强。
裂隙岩体的渗透性还受压力和温
度的影响，压力越大、温度越高，渗透性就越强。
裂隙岩体的渗流特性研究有助于揭示裂
隙岩体地下水和溶质运移的规律，为地下水资源的保护和利用提供科学依据。
二、裂隙岩体地下水运移研究
裂隙岩体是地下水的重要储集层之一，地下水在裂隙岩体中的运移规律对地下水资源
的保护和管理具有重要意义。
目前，裂隙岩体地下水运移的研究主要集中在地下水补给来源、运移速度和规律等方面。
研究发现，裂隙岩体地下水的补给来源主要包括降雨、地表
水和地下水的补给，裂隙岩体地下水的运移速度与裂隙结构、渗透性等因素密切相关，裂
隙结构复杂、渗透性好的裂隙岩体地下水运移速度较快。
裂隙岩体地下水的运移规律还受
地下水位、孔隙水压力、地下水流方向等因素的影响。
裂隙岩体地下水运移研究有助于揭
示裂隙岩体地下水资源的补给、运移和演化规律，为地下水资源的可持续利用提供科学依据。
第27卷 第12期岩石力学与工程学报 V ol.27 No.122008年12月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec .，2008收稿日期：2008–08–07；修回日期：2008–09–16作者简介：蒋宇静(1962–)，男，博士，1982 年毕业于山东矿业学院，现任教授，主要从事岩石力学和土木工程方面的教学与研究工作。
E-mail ：jiang@civil.nagasaki-u.ac.jp岩石裂隙渗流特性试验研究的新进展蒋宇静1，2，李 博1，王 刚2，李术才3(1. 长崎大学 工学部，日本 长崎 852–8521；2. 山东科技大学，山东 青岛 266510；3. 山东大学 岩土与结构工程研究中心，山东 济南 250061)摘要：综述国内外关于岩体裂隙渗流特性的研究成果，并进行相应的分析和讨论。
分析表明：试验研究在岩体裂隙渗流特性方面具有不可替代的作用；许多研究者根据试验结果提出相应的经验公式，但关于岩石裂隙渗流应力耦合特性研究的计算公式还没有统一的认识。
分析结论也为今后的岩体裂隙渗流特性的试验研究提供了有益的方向。
关键词：岩石力学；岩石裂隙；试验研究；力学开度；水力等效开度；应力渗流耦合；综述中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)12–2377–10NEW ADV ANCES IN EXPERIMENTAL STUDY ON SEEPAGECHARACTERISTICS OF ROCK FRACTURESJIANG Yujing 1，2，LI Bo 1，WANG Gang 2，LI Shucai 3(1. Faculty of Engineering ，Nagasaki University ，Nagasaki 852–8521，Japan ； 2. Shandong University of Science and Technology ，Qingdao ，Shandong 266510，China ；3. Research Center of Geotechnical and Structural Engineering ，Shandong University ，Jinan ，Shandong 250061，China )Abstract ：The researches on seepage characteristic of rock joints are reviewed and analyzed. The results show that the experimental study plays a very important role in researching on hydro-mechanical characteristic of rock joints. Many researchers bring forward the experiential computation formulations according to the experimental researches ，but there are not consistent understandings about them. The available research directions are put forward for the future research on hydro-mechanical characteristics of fractured rock masses.Key words ：rock mechanics ；rock fractures ；experimental study ；mechanical aperture ；hydraulic equivalent aperture ；stress-fluid coupling ；review1 引 言裂隙岩体中空隙的尺寸和连通程度一般都远小于岩体中节理裂隙，而且裂隙的水力传导系数远大于完整岩石中孔隙的渗透系数，因此节理裂隙是岩体中水运动的主要通道[1，2]。
裂隙岩体中存在的节理裂隙等缺陷严重影响着岩体的渗透特性。
岩体渗流特性的研究在各种地质工程应用中占有重要的地位，比如水利水电工程、采矿和石油工程、核废料储存工程。
法国Malpasset 拱坝(1959)在初次蓄水时发生溃坝，意大利的瓦依昂边坡失稳(1963)等事故引起了人们对裂隙岩体渗流问题的高度重视。
在当前日益增长的环境控制条件下，流入开挖区域水量的估计和污染矿水的排泄程序都是地下工程的发展和运营时期的重要影响因素；在核废料储存工程中，地下水的辐射污染也需要特别注意和预防。
裂隙岩体的渗流场受应力环境的影响，而渗流场的变化反过来又对应力场产生影响，这种相互影响称之为应力渗流耦合。
渗流场与应力场相互耦合是岩体力学中的一个重要特性。
在岩体工程实践中，节理变形影响节理开度及其渗流性质，从而使• 2378 • 岩石力学与工程学报 2008年围岩的渗透和变形性质也发生了变化。
例如，煤矿生产中的工作面顶板或底板突水，就是岩体受到应力重分布影响，改变了岩体渗透性，使地下水沿新裂隙进入工作面作业空间；在海底隧道建设中，隧道开挖卸荷引起隧道围岩应力重分布，改变了节理裂隙的渗透特性，引起涌水和突水事故的发生。
要发展一种适合裂隙岩体应力渗流耦合分析模型，充分理解岩石裂隙内水的流动机制，是非常关键的。
因此，为研究岩石水力学和合理预测工程岩体中复杂的渗流状态，必须从单裂隙面的渗流特性这一基础性课题入手，首先对单一裂隙的水力特性进行研究，众多的学者对此进行了相关研究。
2 裂隙水力学性质描述根据实际情况，节理开度通常可以定义为力学开度(几何上测量得到)和水力等效开度(可以通过渗流计算分析得到)。
2.1 力学开度对于理想的平行板裂隙，其开度为常数，而岩体中存在的实际裂隙开度是变化的。
假定裂隙的中间面是一个平面，以该平面为参考平面的局部坐标系为xoy ，则裂隙开度是该局部坐标的函数E (x ，y )。
力学开度(E )定义为两个岩石节理表面上垂直于参考平面的相对点之间距离的平均值。
如果认为裂隙面在xy 平面上平行，那么节理开度就是沿z 方向的。
通常用均值开度来定义节理开度。
设节理面尺寸为x L ，y L ，则均值开度为1()d d x y L L x yE E x y x y L L =∫∫， (1)如果有效应力或节理面间的侧向位置发生变化，裂隙开度也会发生变化。
裂隙在正应力压缩作用下，开度减小。
试验研究[3，4]表明：当裂隙在正应力作用下达到裂隙最大闭合量时，仍有流量通过裂隙，表明裂隙内仍有类似沟槽的间隙存在，该开度值称为裂隙残留开度，也可以认为是裂隙的最小水力等效开度，可由立方定理反求。
在节理压缩强度(JCS )和节理粗糙系数(JRC )的基础上，N. Barton 等[5，6]提出经验方法来计算裂隙力学开度：c (0.2/0.1)5JRCE JCS σ=− (2) 式中：c σ为单轴抗压强度。
2.2 水力等效开度水力特性符合立方定理的裂隙开度称为水力等效开度。
通过室内的渗流试验[7]或者现场钻孔泵压试验[8]可测出给定水力梯度时透过裂隙的流量Q ，应用立方定律可以反求水力等效开度：1/312Q e i gw ν⎛⎞=⎜⎟⎝⎠(3)式中：w 为平行板间流动区域的宽度，ν为流体的运动黏度系数(20 ℃纯水的运动黏度系数为1×10－6m 2/s)，g 为重力加速度。
式(3)简洁明了，但该公式在自然节理裂隙中应用的有效性已经为众多研究者关心和讨论[7]。
研究发现：在加卸载过程中，由于节理壁摩擦和节理面曲折弯曲，实际不规则节理裂隙的力学开度(E )通常大于理想的平行板裂隙的水力开度(e )，也就是说，在相同的水力传导能力条件下，粗糙裂隙应该比平滑裂隙具有更大的开度[9]。
2.3 裂隙内流体流动描述裂隙面的几何形状决定于岩体的地质历史，一般能用几何参数来描述，如开度、频率分布、凸起空间分布关系和接触面积[10]。
这些参数以其各自的方式影响着节理裂隙的几何形状及裂隙内水的流动。
各参数的基本描述如下：(1) 裂隙表面特性描述① 开度：岩石裂隙面垂直参考平面相对点之间距离；② 粗糙度：裂隙表面凸起分布或者表面形状； ③ 接触面积：裂隙表面间接触且能传递应力的面积。
(2) 地质历史描述① 匹配度：裂隙表面间相互啮合的程度； ② 起伏状况：裂隙表面凸起的起伏变化情况。
(3) 流动特性描述① 曲折率：裂隙开度变化引起的裂隙内流线的变化；② 沟道效应：裂隙开度变化引起的沿着特定路径流动速度的变化。
(4) 力学特性描述刚度：通过考查法向荷载作用下裂隙的闭合值研究其刚度或力学性质。
2.4 节理开度的测量技术测量节理开度的方法主要可分为直接测量方法和间接测量方法(如图1所示)。
直接测量方法在量测局部部位的节理开度方面比较有优势，但由于节第27卷 第12期 蒋宇静，等. 岩石裂隙渗流特性试验研究的新进展 • 2379 •图1 节理面测量方法Fig.1 Measuring methods of joint surface理表面非常不规则，节理开度的直接准确测量往往非常困难。
而且对于具体高度不规则节理面的节理，其力学开度也随剪切位移发展变化。
断裂节理岩体内节理开度可以从1 µm ～1 m 。
一般情况下，节理的力学开度大于水力学开度，除非节理在较高的应力状态下达到残余节理开度。
3 立方准则在岩石裂隙渗流中的应用岩体裂隙几何特性十分复杂。
为了方便研究，最早的研究是将裂隙简化为由两块光滑平行板构成的缝隙。
M. Ломизе等[11～13]都对缝隙水力学进行过开创性的试验及理论研究，建立了通过裂隙的流量与隙宽三次方成比例的经典公式，即著名的立方定理：312g we Q J ν= (4)式中：J 为量纲一的水力梯度。
式(4)严格意义上只适用于开阔的渠流，即两平面保持平行且没有任何的点接触，并且裂隙内的渗流被认为是稳定的、单项不可压缩层流。
相应的水力传导系数j K 可以表示为212j ge K ν= (5)节理水力传导性作为参数来描述在摩擦损失、曲折率、沟道效应等影响下节理内的渗流，并且这些参数取决于流动通道的几何形状和流体黏度。
由于实际的裂隙面远非光滑面，在平行板裂隙水力特性试验成果的基础上，很自然地就进入实际粗糙裂隙的试验研究。
因此立方定理必须根据裂隙面粗糙度进行修正，许多学者[14～16]从不同的角度进行了裂隙面粗糙度对过流能力影响的研究。
