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地下工程中渗流与稳定性耦合分析

摘    要
  地下工程在复杂地质条件下常面临渗流与稳定性问题的耦合效应,这对工程设计和安全运营提出了严峻挑战。本研究旨在探讨渗流场与应力场之间的相互作用机制,并提出一种基于多物理场耦合分析的数值模拟方法。通过引入非线性渗流模型和损伤力学理论,建立了能够反映岩土体渗透特性与力学行为耦合关系的计算框架。研究采用有限元方法对典型地下洞室案例进行数值仿真,揭示了不同水力条件下的围岩变形规律及潜在失稳机制。结果表明,渗流作用显著影响围岩应力分布和塑性区扩展,而考虑耦合效应的分析方法能更准确地预测工程稳定性。本研究的创新点在于将非线性渗流与岩体力学行为相结合,为地下工程的设计优化提供了科学依据,同时为类似工程的防排水措施制定及风险评估提供了重要参考。

关键词:地下工程; 多物理场耦合; 非线性渗流; 损伤力学; 围岩稳定性

Abstract
  Underground engineering often encounters the coupled effects of seepage and stability issues under complex geological conditions, posing significant challenges to engineering design and safe operation. This study aims to investigate the interaction mechanism between seepage fields and stress fields and proposes a numerical simulation method based on multiphysical field coupling analysis. By incorporating a nonlinear seepage model and damage mechanics theory, a computational fr amework is established that can reflect the coupled relationship between the permeability characteristics and mechanical behavior of geomaterials. The finite element method is employed to conduct numerical simulations of a typical underground cavern case, revealing the deformation patterns of the surrounding rock and potential instability mechanisms under various hydraulic conditions. The results indicate that seepage significantly influences the stress distribution and plastic zone expansion of the surrounding rock, while the analysis method considering coupling effects can more accurately predict engineering stability. The innovation of this study lies in integrating nonlinear seepage with rock mechanics behavior, providing a scientific basis for the optimization of underground engineering design and offering important references for the formulation of drainage measures and risk assessment in similar projects.

Key words:Underground Engineering; Multi-Physics Coupling; Nonlinear Seepage; Damage Mechanics; Surrounding Rock Stability
目  录
中文摘要 I
英文摘要 II
引    言 1
第1章、渗流与稳定性基本理论 2
1.1、渗流力学基础分析 2
1.2、地下工程稳定性概述 2
1.3、耦合分析的理论框架 2
第2章、渗流场对稳定性的影响机制 4
2.1、渗流场分布特征研究 4
2.2、渗流压力作用下的变形分析 4
2.3、渗流诱发的应力重分布 4
第3章、稳定性分析中的渗流耦合模型 6
3.1、耦合模型的构建方法 6
3.2、数值模拟技术的应用 6
3.3、模型验证与参数敏感性分析 6
第4章、工程案例与耦合分析应用 8
4.1、典型地下工程案例选取 8
4.2、渗流与稳定性耦合分析过程 8
4.3、分析结果与工程优化建议 8
结    论 10
参考文献 11

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