近年来,地下深部工程广泛开展,其中包含二氧化碳地质处置工程、干热岩开发工程以及油气开采工程。此类地下深部工程均涉及地下深部岩体的温度场-流体场-力学场多物理场耦合问题,越来越多的学者开展了有关地下深部岩体多场耦合问题的研究。在众多问题的研究中,各国学者忽视了深部地下工程施工所引起的地下深部岩体温度、有效应力的变化,进而导致的岩体固有参数的变化。为了解决此类问题,本文着重针对地下深部工程开展岩石Biot系数实验分析以及THM多场耦合模型研究。首先,选取松辽盆地以及鄂尔多斯盆地岩石实验样品,测定岩石Biot系数,同时测定岩石的密度、孔隙率、波速以及矿物成分等参数,研究岩石Biot系数与这些因素的关系;其次,研究岩石裂隙、岩石所受温度、有效应力对四类岩石(花岗闪长岩、流纹岩、粗粒砂岩、细粒砂岩)Biot系数的影响以及四类岩石Biot系数随裂隙、温度、有效应力变化而变化的规律,并通过拟合实验结果推得不同岩石Biot系数随温度、有效应力变化的经验公式。再次,根据推导出的经验公式修正笔者所在课题组自行编制的THM多场耦合模拟软件,并通过InSalah场地实测值验证修正后模型的准确性。最后,应用岩石Biot系数修正后的THM多场耦合模拟软件对鄂尔多斯二氧化碳地质处置示范工程进行预测。通过模拟研究该场地二氧化碳注入后的力学变化和塑性区展布特征,预测该场地可持续注入压力以及该场地二氧化碳注入后地表变形情况。在岩石Biot系数实验分析研究中,测试了岩石Biot系数、密度、孔隙率、波速以及矿物成分,分析了岩石Biot系数与各影响因素间的关系:岩石Biot系数随着密度的增加而减小,随着孔隙率增加而增加,随着波速增加而减小,即同一类岩石,岩石越致密岩石Biot系数越低;不同类岩石间岩石Biot系数还受到岩石结构的影响。结构较稳定岩石Biot系数较低。岩石Biot系数不仅与岩石内部结构相关,还跟岩石所处的状态以及外部环境相关,由实验可知:第一,温度对岩石Biot系数有影响,并由于压力不同所表现出的变化趋势不同,在低压力区,随温度增加Biot系数增大;在高压力区,随温度增加Biot系数减小。有效应力对岩石Biot系数有较大影响,岩石Biot系数随有效应力增加而减小。第二,通过实验研究含不同方向裂隙岩石Biot系数随温度、有效应力变化趋势,研究发现含裂隙岩石与完整岩石受温度、有效应力影响趋势相同。并进一步通过对比相同温度、有效应力条件下完整岩石及含不同方向裂隙岩石Biot系数发现,含裂隙岩石Biot系数大于完整岩石Biot系数,含竖向裂隙岩石Biot系数大于含横向裂隙岩石Biot系数。由此可推断,岩石中裂隙数量以及裂隙在岩石中的位置、方向均对岩石Biot系数产生影响。在进行THM多场耦合模型研究过程中,根据推导出的Biot系数随温度、有效应力变化的经验公式修正笔者所在课题组自行编制的THM多场耦合模拟软件,并通过InSalah场地实测值验证修正后模型的准确性,结果发现修正后的模拟程序计算结果更为贴近真实监测结果,说明修正后的模拟程序计算结果更为准确。应用岩石Biot系数修正后的THM多场耦合模拟程序对鄂尔多斯二氧化碳地质处置工程进行预测,跟据实际场地情况建立了二维模型,经计算发现:随着二氧化碳注入,岩体孔隙压力逐步增加,有效压力影响范围明显超过二氧化碳运移范围;随着岩体孔隙压力增加,岩体有效应力减小,最终出现塑性区,根据塑性区范围以及破坏方式,计算出该场地二氧化碳注入压力不易超过22MPa;随着孔隙压力增加导致地层发生变形,注入点附近岩石形变量随着注入量的增加也是逐年增加的,最大形变量由第一年的1.36cm增加到第十年的4.65cm。