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随着不可再生资源的不断减少和城市化进程的持续加快,迫使人类的许多工程建设由地上转入地下,且不断向环境恶劣、人之罕见的未知区域进发,从而不可避免的会遇到许多前所未有的工程难题,它们与普通工程的不同之处就在于岩土体内部各组分之间存在强烈的相互作用,必须考虑水-热-力三场之间的耦合关系,因此展开了本文的研究工作。
本文首先深入剖析了国内外有关三场耦合方面的研究成果,在此基础上指出本文研究工作的必要性。随后全面梳理了大型岩土数值仿真软件FINAL的内部结构,绘制了源程序的流程框图,着重分析了两种典型的数据结构,并剖析了FINAL源程序的宏控制块。在推证饱和冻土体变形协调条件和有效应力原理的基础上进一步推证了饱和冻土体真正的三场耦合控制微分方程。在深入剖析3G2001三场耦合软件系统的基础上对其进行了调试和升级,共消除各类语法错误156个,语法警告1845个,并对方程解法块和等效刚度矩阵等多个模块的部分子程序进行了改进,对数组容量等进行了升级,并借助FINAL、Tecplot和ANSYS等软件开发了相应的前后处理程序。最后采用E.Penner的经典室内试验全面验证了升级后的软件系统的可靠性和合理性,在此基础上应用该软件系统对布伦口-公格尔水电站高温试验洞、库尉地区高地下水输水隧洞和214国道花石峡实验路基段等工程进行了三场耦合分析,除高温隧洞温度场分析结果与实测值差距略大外,其它分析结果均与实测值或与工程经验相吻合。