腰椎间盘具有多孔粘弹性质,髓核中的液体在应力作用下,可以在组织中流进或流出,因此具有吸收能量和缓冲的功能,对维持脊柱的灵活运动及稳定性、分散和缓冲载荷起到重要作用。在外力作用下,椎间盘的纤维环如果破裂,髓核组织从破裂之处脱出,将导致相邻脊神经根遭受压迫或刺激,引起下腰痛病症,因此腰椎间盘突出症是临床上的常见疾病。由于椎间盘的力学行为对其产生退变有很大的影响,故研究各种载荷作用下椎间盘的生物力学特性,为临床上治疗腰椎间盘疾病提供了理论依据。本文主要采用有限元方法对腰椎间盘的力学行为进行仿真研究,对蠕变性能进行实验并建立蠕变本构方程。利用ANSYS软件建立正常人体腰椎间盘L3~L4节段的有限元模型,基于Biot理论考虑了流固耦合关系,分析了椎间盘在不同轴向压缩载荷及复合载荷作用下的力学响应,得到了椎间盘各个部分的压力、应力分布规律和比较曲线。结果表明:轴向正压时,外层纤维环压力约为内层的15%,外层最大应力约为髓核的4.3倍;椎间盘各部分所受压力随载荷增大呈近似线性增加,且增加的速率基本相同;应力随载荷增加而增大的速率不同,最外层纤维环应力增加最大。轴向压缩与扭转载荷组合作用时,纤维环整体应力水平最大,最容易被破坏。利用ABAQUS软件的多孔弹性有限元模型,对椎间盘在压缩应力下的蠕变特性进行了研究,得到的位移-时间曲线呈指数规律变化,应力增大时,应变随之增大。以新鲜猪腰椎间盘为研究对象,采用非接触式数字图像相关技术,对不同压缩应力及加载速率下的椎间盘进行蠕变实验。结果表明:压缩应力作用下,椎间盘蠕变曲线呈指数规律变化;相同加载速率下,蠕变的应变随着应力的增大而增大;相同应力下,加载速率越大,蠕变应变越小。利用三参数粘弹模型建立椎间盘蠕变本构方程,并与实验结果进行比较,二者具有较好的相关性,本构方程能够预测椎间盘的蠕变性能。研究结果为临床上进一步研究人体椎间盘粘弹特性提供了理论基础。