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裂隙岩体渗流场与应力场耦合研究是岩土力学中一个很有意义的课题。应力场通过影响岩体体变与孔隙率而改变岩体渗透性能,进而影响其渗流场;同时,岩体体变将改变渗流场的分布,反过来又引起孔隙水压力分布的变化,从而影响应力场,这种相互影响即为渗流场与应力场的耦合作用。建立岩体渗透性与应力场的函数关系,便建立了裂隙岩体渗流场与应力场耦合关系。本文在充分认识国内外岩体渗流-应力耦合研究发展现状的基础上,基于钻井工程中井壁岩体渗流场及应力场受钻井液作用影响的工程背景,对钻井液作用下井壁岩体渗流-应力耦合作用进行研究。采用有限元方法,运用双场迭代法进行井壁岩体渗流-应力耦合分析。研究成果主要有以下几个方面:1.无裂隙岩体渗流-应力耦合模型。根据渗流力学、弹塑性力学及岩土力学等理论,建立无裂隙情况下,岩体渗流-应力耦合的控制方程,耦合效应采用有效应力原理进行分析,并给出了定解条件。2.单裂隙岩体的渗流-应力耦合模型与算例验证。描述裂隙岩体的渗透性,研究单裂隙岩体渗透性及力学变形机制,建立其渗流-应力耦合模型。基于有限元软件,分析土石坝渗流-应力耦合作用,其耦合方程选取渗透系数与正应力的负指数函数关系式,对有裂缝与无裂缝条件下的土石坝渗流-应力耦合进行数值分析。3.钻井液作用下井壁岩体渗流-应力耦合模型与实例分析。基于井壁受力情况分析,建立钻井液液柱压力存在时,井壁岩体的应力场理论模型,导出井壁岩体渗流-应力耦合数学模型。基于GHX-106井工程实例,提取数值计算的渗流系数与材料参数等;建立钻井的水平剖面及垂直剖面数值计算模型,运用有限元软件对有裂隙与无裂隙两种条件的井壁进行渗流-应力耦合数值计算。数值计算结果表明,GHX-106井200米深度井壁的水平剖面数值模型与垂直剖面数值模型的孔隙水压力、有效应力、总位移及最小水平主应力方向上的位移等皆一致,表明该有限元分析结果科学可靠。