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摘要：岩石是由多种矿物颗粒组成，受热时其内部各种造岩矿物粒子在热学上表现出热膨胀各向异性，便产生了热应力，当热应力超过岩石自身的强度极限时，就会使岩石产生微破裂，大量的微破裂将会对岩石的弹性和机械破裂性质造成很大的影响，并引起岩石孔隙度、渗透率等发生较大变化，并且伴有热传导率、电导率的变化以及声发射现象。通过综合分析国内外深部岩体在高温高围压下热破裂研究现状，指出了目前深部岩体高温高围压下力学性质的研究条件、研究范围、研究理论存在的问题，并提出深部岩体高温高围压下力学性质的研究方向。
关键词：热应力；热破裂；地热能；核废料
Status and prospects of study on granite thermal fracture
Lin Jun Liu Yu-tian Liu Jun-xin
（Southwest university of science and technology and civil engineering institute of architecture， Mian yang Sichuan 621010）
Abstract：The rocks are made of a variety of mineral particles， when heated， its internal various rock-forming mineral particles in thermal exhibit thermal expansion anisotropy， will produce heat stress， heat stress over the rock as their ultimate strength， will make the rock mass micro fracture， micro fracture on rock elastic and will mechanical rupture properties caused great influence， and causes the rock porosity， permeability changes， and accompanied by thermal conductivity， electrical conductivity and the change of acoustic emission phenomenon. Through the comprehensive analysis of domestic and foreign in deep rock mass under high temperature and confining pressure under thermal cracking research situation， and pointed out the deep rock mass under high temperature and confining pressure on mechanical properties of condition， research scope， research problems， and puts forward the deep rock mass under high temperature and confining pressure in the direction of mechanical properties research .
Key words： Thermal stress； Thermal cracking；Geothermal energy； Nuclear waste
0引言
材料在外力作用下要发生变形，从而在内部产生应变和应力，但物体的变形不仅仅是由外力作用引起，温度的变化也能够引起变形，而仅有温度变化，不一定在物体内产生应力，只有温度变化所引起的膨胀或收缩受到外界约束时，才会在物体内部产生应力，这样的应力称为热应力[1]。岩石是由多种矿物颗粒组成，受热时其内部各种造岩矿物粒子在热学上表现出热膨胀各向异性，便产生了热应力，当热应力超过自身强度极限时，就会产生微破裂，大量的微破裂将会对岩石的弹性和机械破裂性质造成很大的影响，并引起岩石孔隙度、渗透率等发生较大变化，并且伴有热传导率、电导率的变化以及声发射现象，这就是岩石的热破裂。
在石油的二、三次开采中，采用火烧油层的方法，降低油的粘度，同时诱发岩石破裂，达到提高储层渗透性的目的，以及在深部高温岩体地热资源开发中，从300℃以上的高温岩体中，提取地热，由于温度降低，而产生热破裂。这些都迫切需要考虑深部岩体在高温高围压下物理力学性质的长期演变规律，高温高围压下的岩石破裂问题也成为当今岩石力学研究的热点。随着核科学的发展，核技术不仅广泛的应用于国防工业，而且也深入到工业、农业、医学等各个领域。高放射性核废料的衰变需要数百万年的时间，因而这些高放射性核废料若不加以安全处置，不仅严重危及人类生存环境，也将严重制约核电事业的发展。
1 国内外研究现状
在工程领域上，专家学者们除需要了解岩石的力学性质随时间的变化规律外，还需要了解岩石的力学性质随温度的变化规律。国外早在20世界60年代初就开始了对岩石热物理特性的研究。此后，该方面的研究工作在全世界得以全面展开，主要有如下几个方面：（1）岩石热物理力学参数研究（包括岩石的变形模量、泊松比、抗拉强度、抗压强度、内聚力、内摩擦角、粘度、热膨胀系数等）；（2）花岗岩热破裂损伤行为研究；（3）深部岩体多场耦合的研究。
1.1岩石热物理力学参数研究
自1960年开始，国际上对岩石的基本力学性质如抗压强度、变形模量、泊松比等力学参数随温度的变化规律进行了大量研究。而最初展开岩石热效应的研究主要是通过声发射试验来研究岩石的热膨胀系数、渗透率等参数随温度的演化规律[2，3]。 杜守继等[4]通过测试25块花岗岩试件在经历不同高温前后的密度、纵波波速等物理特性常数，并由测得的纵波波速间接计算出花岗岩的弹性模量，同时应用力学的常规压缩方法直接测试计算了岩石的弹性模量，分析了经历不同高温后花岗岩密度、纵波波速和弹性模量的变化情况。而张渊等[5]在细观尺度下观测了不同温度阜新细砂岩的矿物组分和微结构及其发展变化，以及内部微裂纹的发生和发展。从实验中观察到，自150℃开始，阜新细砂岩微裂纹数量有剧烈的增加，并达到峰值；当温度超过210℃以后，可见裂纹的数量呈下降趋势并逐渐稳定，当温度达到810℃，细砂岩裂纹数量出现第二个增长峰值。结果表明细砂岩存在热破裂阀值。
随着技术的发展，谌伦建等[6]采用偏光显微镜，扫描电镜及岩石力学试验系统等仪器设备研究了煤层顶板砂岩在常温到1200℃ 范围内的力学特性和破坏机理。陈剑文等[7]利用超声波技术对盐岩进行了升温动力学测试，分析了超声波波速、动弹性常数以及温度所导致的损伤变化规律。
朱合华等[8]通过单轴压缩试验，对不同高温后熔结凝灰岩、花岗岩及流纹状凝灰角砾岩的力学性质进行了研究，分析比较3种岩石峰值应力、峰值应变及弹性模量随温度的变化规律，并研究了峰值应力与纵波波速、峰值应变与纵波波速的关系。朱珍德等[9]通过三轴压缩与单轴压缩对比试验，系统分析比较了温度循环与高围压作用对大理岩应力-应变关系曲线，峰值应力，残余应力，峰值应变，残余应变以及弹性模量等的影响。
1.2花岗岩热破裂损伤行为研究
岩石宏观上的破坏与材料内部微裂纹的出现和扩展有关，如何才能将岩石细观断裂机理与这些宏观特性联系起来，这是专家学者们为实现材料的强度设计所必须解决的重要问题，也是深部岩土工程稳定性设计和防护急需解决的实际问题[10]。20世纪70年代中后期，各国学者相继采用连续介质力学方法，将损伤因子作为一种场变量，并称为损伤变量，逐步形成了连续损伤力学的框架和基础。近几年来对花岗岩热破裂损伤行为研究主要成果有：
李长春等[11]根据岩石类材料受荷载时的损伤破坏机理，首次引入两个损伤变量D：和D，建立起了考虑温度效应的岩石损伤本构方程，并导出了具有明确物理意义的本构方程增量型关系式。刘泉声等[12]从花岗岩弹性模量随温度的变化规律入手，提出了热损伤的概念，并在此基础上导出了热损伤演化方程和一维TM耦合弹脆性损伤本构方程，并讨论了损伤能量释放率随温度的演化规律。而徐小丽等[13，14]在声发射试验的基础之上，提出了机械损伤和热损伤的概念，建立了热力耦合损伤本构方程，采用连续损伤力学方法，推导了岩石热力耦合粘弹性损伤余能释放率的理论表达式，并建立了岩石热力耦合损伤破坏的能量准则。
1.3深部岩体多场耦合的研究概况
耦合问题的研究追溯到20世纪30年代太沙基发表一维渗透固结理论算起，但在国外引起广泛关注和取得重大进展却是在最近20多年，国内则是近十年的事，这些研究主要源于核废料深埋处置、油/气与地热的开发和能源储存及环境保护的需要。在高放射性核废料存储的研究中，重要的工作之一是系统中温度和围压耦合过程机理的探讨及其数学模型的建立。从研究方法上，多场耦合的研究方法包括理论分析、室内实验、原位实验与监测，研究内容则涉及多场耦合的基本理论、数值方法、计算程序开发及其工程应用等。
王瑞凤等[15]提出了三维裂隙网络的块裂介质固流热耦合数学模型，采用三维有限单元方法，获得了高温岩体应力、温度及裂缝宽度的变化规律。以往对该问题的研究大多数都忽略温度变化引起的岩体应力重新分布和材料特性的变化等，而且很多都局限于一维平面问题，对于三维固流热耦合模型的建立和求解，都因各变量互相影响的复杂性而难以实现，故在当今高温岩体地热开发中，能较真实的反映工程实际性态的数学模型和耦合理论是亟待解决的问题。赵阳升等[16]提出了高温岩体地热开发的块裂介质固流热耦合数学模型及其数值模拟方法，并对6000m深的高温岩体地热开发进行了详细的数值分析，得出完全三维状态下地热开发过程中岩体基质和裂缝的应力、温度的变化以及裂缝宽度的变化规律。
王广地[17]对甘肃北山花岗岩在温度影响下的力学行为进行了试验研究，结合西原流变模型，得到了考虑时温效应损伤作用的流变模型。改进西原流变模型时空离散并拓展到三维空间，给出了适合数值计算的屈服准则和流动矢量求解方法；并对三点弯曲流变试验进行了数值模拟，结果也证明了改进后的西原模型与实测值的吻合性。康健等[18]以花岗岩为样本，在平面应变模型下，采用随机介质固热耦合数学模型及有限元方法进行了高温岩石介质中裂纹扩展影响的数值试验研究，揭示了花岗石热物理特性与温度的变化规律。赵延林等[19]在建立双重介质温度场–渗流场–应力场耦合微分控制方程基础上，提出研究裂隙岩体温度场-渗流场-应力场耦合的双重介质模型，对不同介质分别建立以节点位移、水压力和温度为求解量的三维有限元格式，提出该数学模型的求解策略与方法，开发双重介质流固热耦合分析的计算程序。
李连崇等[20]从岩石的细观非均匀性出发，应用损伤力学、热力学和渗流力学理论，建立了岩体热（温度）-水（渗流）-岩（应力）-损伤耦合数值模型（THMD model），把岩石（体）THM耦合问题的研究从应力状态分析深入到损伤、破坏过程分析之中。探讨了THM耦合作用下岩石材料的细观结构损伤及其诱发的材料力学性能演化机制。翟诚等[21]针对考虑损伤作用和热对流影响的3场耦合模型，建立了高温岩体热流固耦合损伤模型，并将上述模型用于高温岩体地热开发中。通过数值模拟揭示高温岩体地热开发过程中高温岩体的热破裂机理、温度场、渗流场的变化规律以及人工储留层中热流体的对流规律。
2主要问题和发展趋势
通过国内外岩石温度效应特性的研究现状可以看出，他们的研究大多是集中在宏观唯象的研究，然后得到的相应岩石热破裂结论。涉及到温度影响作用时大多是停留在定性的解释，对综合考虑温度和围压热损伤耦合效应和动态力学特性的研究还较少。深部岩体在高温高围压下的时间效应十分显著，实验室中加载的应力-应变速率太快，与现场自然应力-应变时间并不相符，如何有效解决这些问题，尚需要深入开展时温等效，时压等效相关方面的研究。 因此加强深部高温岩体的动态力学特性研究，同时考虑温度和围压等热损伤耦合的研究，不仅可以更加深刻的认识岩石热破裂的宏观力学特性、细观破坏机理；而且对地震的预测，深部高温高压下的岩土工程问题具有重大的科学意义和工程意义。
由于存储层自身的非均质性和开发过程中次生的非均质性，以及低渗透，低产能和现有的开采技术，难以达到较高水平的开采率。如果利用花岗岩热破裂机理来提高储集层渗透率，增加驱油系数，会很大程度的提高最终采收率。在核废料储存中也有相当可观的前景，20世纪80年代，美国学者在研究中发现，当核废料存储在地下500-1000m的致密花岗岩中时，由于核废料衰变放热，积聚的热能可使存储围岩的温度达到200-300℃左右，长时间处于这种情况可能致使岩石热破裂，核辐射泄漏，存在很大的安全隐患。因此如何发展更好的核废料处理技术，其具有重大的工程意义。
3结束语
在众多岩石中，由于花岗岩具有渗透性小、致密、强度高等一系列适合核废料存储，石油和天然气贮存的特点。而国内外关于岩石热破裂的研究及应用，仍处于起步阶段。如果我们将花岗岩热破裂的机理扩展到核废料存储库的处理，地热能、油气等资源的开采中，以及深部岩土工程的修建与维护上，不仅对核废料存储库的前期设计和后期安全性预测，以及油气、地热能等资源的开采具有重大的学术研究意义和工程意义。
参考文献
[1]康健.岩石热破裂的研究及应用[M].大连：大连理工大学出版社，2008.
[2]SOMERTON W H，GUPTA V A. Role of fluxing agents in thermal alteration of sandstones [J].Journal of Petroleum Technology，1965，35（4）：1039-1046.
[3]HEARD H C. Thermal expansion and inferred permeability of climax quartz monzonite to 300℃and 27.6 MPa [J]. Int J Rock Mech Min Sci & Geomech，1980，17：289-296.
[4]杜守继，刘华，陈浩华，邱一平.高温后花岗岩密度及波动特性的试验研究[J].上海交通大学学报，2003，37（12）：1900-1904.
[5]张渊，张贤，赵阳升.砂岩的热破裂过程[J].地球物理学报，2005，48（3）：656-659.
[6]谌伦建，吴忠，秦本东，顾海涛.煤层顶板砂岩在高温下的力学特性及破坏机理[J].重庆大学学报，2005，28（5）：123-126.
[8]朱合华，闫治国，邓涛，姚坚，曾令军，强健.3种岩石高温后力学性质的试验研究[J].岩石力学与工程学报，2006，25（10）：1945-1950.
[7]陈剑文，杨春和，冒海军.升温过程中盐岩动力特性实验研究[J].岩土力学，2007，28（2）：231-236.
[9]朱珍德，方荣，朱明礼，渠文平，阮怀宁.高温周期变化与高围压作用下大理岩力学特性试验研究[J].岩土力学，2007，28（11）：2279-283.
[10]谢和平.岩石混凝土损伤力学[M].北京：中国矿业大学出版社，1998.
[11]李长春，付文生.考虑温度效应的岩石损伤[J].岩土力学，1991，12（3）：1-10.
[13]徐小丽，高峰，季明.温度作用下花岗岩断裂行为损伤力学分析[J].武汉理工大学学报，2010，32（1）：143-147.
[14]徐小丽，高峰，沈晓明.岩石热力损伤破坏的能量准则研究[J].金属矿山，2011，17（3）：7-10.
[12]刘泉声，许锡昌.温度作用下脆性岩石的损伤分析[J].岩石力学与工程学报，2000，19（7）：408-411.
[15]王瑞凤，赵阳升，胡耀青.高温岩体地热开发的固流热耦合三维数值模拟[J].太原理工大学学报，2002，33（3）：275-278.
[16]赵阳升，王瑞凤，胡耀青，万志军，谢耀社.高温岩体地热开发的块裂介质固流热耦合三维数值模拟[J]. 岩石力学与工程学报，2002，21（12）：1751-1755.
[17]王广地.北山花岗岩温度效应试验研究及粘弹塑性分析[D].西安：西安科技学院硕士学位论文，2003.
[18]康健，赵明鹏，赵阳升，梁冰.非均质细胞元随机分布对高温岩石介质中裂纹扩展影响的数值试验研究[J].岩石力学与工程学报，2004，23（增2）：4898-4901.
[19]赵延林，曹平，赵阳升，林杭，汪亦显.双重介质温度场–渗流场–应力场耦合模型及三维数值研究[J].岩石力学与工程学报，2007，26（增2）：4024-4031.
[20]李连崇，唐春安，杨天鸿，王大国.岩石破裂过程THMD耦合数值模型研究[J].计算力学学报，2008，25（6）：764-769.
[21]翟诚，孙可明，李凯.高温岩体热流固耦合损伤模型及数值模拟[J].武汉理工大学学报，2010，32（3）：65-69.
第一作者简介：
刘军（1987-），男，湖北荆州人，西南科技大学硕士研究生，主要从事于岩土工程。
关键词：热应力；热破裂；地热能；核废料
Status and prospects of study on granite thermal fracture
Lin Jun Liu Yu-tian Liu Jun-xin
（Southwest university of science and technology and civil engineering institute of architecture， Mian yang Sichuan 621010）
Abstract：The rocks are made of a variety of mineral particles， when heated， its internal various rock-forming mineral particles in thermal exhibit thermal expansion anisotropy， will produce heat stress， heat stress over the rock as their ultimate strength， will make the rock mass micro fracture， micro fracture on rock elastic and will mechanical rupture properties caused great influence， and causes the rock porosity， permeability changes， and accompanied by thermal conductivity， electrical conductivity and the change of acoustic emission phenomenon. Through the comprehensive analysis of domestic and foreign in deep rock mass under high temperature and confining pressure under thermal cracking research situation， and pointed out the deep rock mass under high temperature and confining pressure on mechanical properties of condition， research scope， research problems， and puts forward the deep rock mass under high temperature and confining pressure in the direction of mechanical properties research .
Key words： Thermal stress； Thermal cracking；Geothermal energy； Nuclear waste
0引言
材料在外力作用下要发生变形，从而在内部产生应变和应力，但物体的变形不仅仅是由外力作用引起，温度的变化也能够引起变形，而仅有温度变化，不一定在物体内产生应力，只有温度变化所引起的膨胀或收缩受到外界约束时，才会在物体内部产生应力，这样的应力称为热应力[1]。岩石是由多种矿物颗粒组成，受热时其内部各种造岩矿物粒子在热学上表现出热膨胀各向异性，便产生了热应力，当热应力超过自身强度极限时，就会产生微破裂，大量的微破裂将会对岩石的弹性和机械破裂性质造成很大的影响，并引起岩石孔隙度、渗透率等发生较大变化，并且伴有热传导率、电导率的变化以及声发射现象，这就是岩石的热破裂。
在石油的二、三次开采中，采用火烧油层的方法，降低油的粘度，同时诱发岩石破裂，达到提高储层渗透性的目的，以及在深部高温岩体地热资源开发中，从300℃以上的高温岩体中，提取地热，由于温度降低，而产生热破裂。这些都迫切需要考虑深部岩体在高温高围压下物理力学性质的长期演变规律，高温高围压下的岩石破裂问题也成为当今岩石力学研究的热点。随着核科学的发展，核技术不仅广泛的应用于国防工业，而且也深入到工业、农业、医学等各个领域。高放射性核废料的衰变需要数百万年的时间，因而这些高放射性核废料若不加以安全处置，不仅严重危及人类生存环境，也将严重制约核电事业的发展。
1 国内外研究现状
在工程领域上，专家学者们除需要了解岩石的力学性质随时间的变化规律外，还需要了解岩石的力学性质随温度的变化规律。国外早在20世界60年代初就开始了对岩石热物理特性的研究。此后，该方面的研究工作在全世界得以全面展开，主要有如下几个方面：（1）岩石热物理力学参数研究（包括岩石的变形模量、泊松比、抗拉强度、抗压强度、内聚力、内摩擦角、粘度、热膨胀系数等）；（2）花岗岩热破裂损伤行为研究；（3）深部岩体多场耦合的研究。
1.1岩石热物理力学参数研究
自1960年开始，国际上对岩石的基本力学性质如抗压强度、变形模量、泊松比等力学参数随温度的变化规律进行了大量研究。而最初展开岩石热效应的研究主要是通过声发射试验来研究岩石的热膨胀系数、渗透率等参数随温度的演化规律[2，3]。 杜守继等[4]通过测试25块花岗岩试件在经历不同高温前后的密度、纵波波速等物理特性常数，并由测得的纵波波速间接计算出花岗岩的弹性模量，同时应用力学的常规压缩方法直接测试计算了岩石的弹性模量，分析了经历不同高温后花岗岩密度、纵波波速和弹性模量的变化情况。而张渊等[5]在细观尺度下观测了不同温度阜新细砂岩的矿物组分和微结构及其发展变化，以及内部微裂纹的发生和发展。从实验中观察到，自150℃开始，阜新细砂岩微裂纹数量有剧烈的增加，并达到峰值；当温度超过210℃以后，可见裂纹的数量呈下降趋势并逐渐稳定，当温度达到810℃，细砂岩裂纹数量出现第二个增长峰值。结果表明细砂岩存在热破裂阀值。
随着技术的发展，谌伦建等[6]采用偏光显微镜，扫描电镜及岩石力学试验系统等仪器设备研究了煤层顶板砂岩在常温到1200℃ 范围内的力学特性和破坏机理。陈剑文等[7]利用超声波技术对盐岩进行了升温动力学测试，分析了超声波波速、动弹性常数以及温度所导致的损伤变化规律。
朱合华等[8]通过单轴压缩试验，对不同高温后熔结凝灰岩、花岗岩及流纹状凝灰角砾岩的力学性质进行了研究，分析比较3种岩石峰值应力、峰值应变及弹性模量随温度的变化规律，并研究了峰值应力与纵波波速、峰值应变与纵波波速的关系。朱珍德等[9]通过三轴压缩与单轴压缩对比试验，系统分析比较了温度循环与高围压作用对大理岩应力-应变关系曲线，峰值应力，残余应力，峰值应变，残余应变以及弹性模量等的影响。
1.2花岗岩热破裂损伤行为研究
岩石宏观上的破坏与材料内部微裂纹的出现和扩展有关，如何才能将岩石细观断裂机理与这些宏观特性联系起来，这是专家学者们为实现材料的强度设计所必须解决的重要问题，也是深部岩土工程稳定性设计和防护急需解决的实际问题[10]。20世纪70年代中后期，各国学者相继采用连续介质力学方法，将损伤因子作为一种场变量，并称为损伤变量，逐步形成了连续损伤力学的框架和基础。近几年来对花岗岩热破裂损伤行为研究主要成果有：
李长春等[11]根据岩石类材料受荷载时的损伤破坏机理，首次引入两个损伤变量D：和D，建立起了考虑温度效应的岩石损伤本构方程，并导出了具有明确物理意义的本构方程增量型关系式。刘泉声等[12]从花岗岩弹性模量随温度的变化规律入手，提出了热损伤的概念，并在此基础上导出了热损伤演化方程和一维TM耦合弹脆性损伤本构方程，并讨论了损伤能量释放率随温度的演化规律。而徐小丽等[13，14]在声发射试验的基础之上，提出了机械损伤和热损伤的概念，建立了热力耦合损伤本构方程，采用连续损伤力学方法，推导了岩石热力耦合粘弹性损伤余能释放率的理论表达式，并建立了岩石热力耦合损伤破坏的能量准则。
1.3深部岩体多场耦合的研究概况
耦合问题的研究追溯到20世纪30年代太沙基发表一维渗透固结理论算起，但在国外引起广泛关注和取得重大进展却是在最近20多年，国内则是近十年的事，这些研究主要源于核废料深埋处置、油/气与地热的开发和能源储存及环境保护的需要。在高放射性核废料存储的研究中，重要的工作之一是系统中温度和围压耦合过程机理的探讨及其数学模型的建立。从研究方法上，多场耦合的研究方法包括理论分析、室内实验、原位实验与监测，研究内容则涉及多场耦合的基本理论、数值方法、计算程序开发及其工程应用等。
王瑞凤等[15]提出了三维裂隙网络的块裂介质固流热耦合数学模型，采用三维有限单元方法，获得了高温岩体应力、温度及裂缝宽度的变化规律。以往对该问题的研究大多数都忽略温度变化引起的岩体应力重新分布和材料特性的变化等，而且很多都局限于一维平面问题，对于三维固流热耦合模型的建立和求解，都因各变量互相影响的复杂性而难以实现，故在当今高温岩体地热开发中，能较真实的反映工程实际性态的数学模型和耦合理论是亟待解决的问题。赵阳升等[16]提出了高温岩体地热开发的块裂介质固流热耦合数学模型及其数值模拟方法，并对6000m深的高温岩体地热开发进行了详细的数值分析，得出完全三维状态下地热开发过程中岩体基质和裂缝的应力、温度的变化以及裂缝宽度的变化规律。
王广地[17]对甘肃北山花岗岩在温度影响下的力学行为进行了试验研究，结合西原流变模型，得到了考虑时温效应损伤作用的流变模型。改进西原流变模型时空离散并拓展到三维空间，给出了适合数值计算的屈服准则和流动矢量求解方法；并对三点弯曲流变试验进行了数值模拟，结果也证明了改进后的西原模型与实测值的吻合性。康健等[18]以花岗岩为样本，在平面应变模型下，采用随机介质固热耦合数学模型及有限元方法进行了高温岩石介质中裂纹扩展影响的数值试验研究，揭示了花岗石热物理特性与温度的变化规律。赵延林等[19]在建立双重介质温度场–渗流场–应力场耦合微分控制方程基础上，提出研究裂隙岩体温度场-渗流场-应力场耦合的双重介质模型，对不同介质分别建立以节点位移、水压力和温度为求解量的三维有限元格式，提出该数学模型的求解策略与方法，开发双重介质流固热耦合分析的计算程序。
李连崇等[20]从岩石的细观非均匀性出发，应用损伤力学、热力学和渗流力学理论，建立了岩体热（温度）-水（渗流）-岩（应力）-损伤耦合数值模型（THMD model），把岩石（体）THM耦合问题的研究从应力状态分析深入到损伤、破坏过程分析之中。探讨了THM耦合作用下岩石材料的细观结构损伤及其诱发的材料力学性能演化机制。翟诚等[21]针对考虑损伤作用和热对流影响的3场耦合模型，建立了高温岩体热流固耦合损伤模型，并将上述模型用于高温岩体地热开发中。通过数值模拟揭示高温岩体地热开发过程中高温岩体的热破裂机理、温度场、渗流场的变化规律以及人工储留层中热流体的对流规律。
2主要问题和发展趋势
通过国内外岩石温度效应特性的研究现状可以看出，他们的研究大多是集中在宏观唯象的研究，然后得到的相应岩石热破裂结论。涉及到温度影响作用时大多是停留在定性的解释，对综合考虑温度和围压热损伤耦合效应和动态力学特性的研究还较少。深部岩体在高温高围压下的时间效应十分显著，实验室中加载的应力-应变速率太快，与现场自然应力-应变时间并不相符，如何有效解决这些问题，尚需要深入开展时温等效，时压等效相关方面的研究。 因此加强深部高温岩体的动态力学特性研究，同时考虑温度和围压等热损伤耦合的研究，不仅可以更加深刻的认识岩石热破裂的宏观力学特性、细观破坏机理；而且对地震的预测，深部高温高压下的岩土工程问题具有重大的科学意义和工程意义。
由于存储层自身的非均质性和开发过程中次生的非均质性，以及低渗透，低产能和现有的开采技术，难以达到较高水平的开采率。如果利用花岗岩热破裂机理来提高储集层渗透率，增加驱油系数，会很大程度的提高最终采收率。在核废料储存中也有相当可观的前景，20世纪80年代，美国学者在研究中发现，当核废料存储在地下500-1000m的致密花岗岩中时，由于核废料衰变放热，积聚的热能可使存储围岩的温度达到200-300℃左右，长时间处于这种情况可能致使岩石热破裂，核辐射泄漏，存在很大的安全隐患。因此如何发展更好的核废料处理技术，其具有重大的工程意义。
3结束语
在众多岩石中，由于花岗岩具有渗透性小、致密、强度高等一系列适合核废料存储，石油和天然气贮存的特点。而国内外关于岩石热破裂的研究及应用，仍处于起步阶段。如果我们将花岗岩热破裂的机理扩展到核废料存储库的处理，地热能、油气等资源的开采中，以及深部岩土工程的修建与维护上，不仅对核废料存储库的前期设计和后期安全性预测，以及油气、地热能等资源的开采具有重大的学术研究意义和工程意义。
参考文献
[1]康健.岩石热破裂的研究及应用[M].大连：大连理工大学出版社，2008.
[2]SOMERTON W H，GUPTA V A. Role of fluxing agents in thermal alteration of sandstones [J].Journal of Petroleum Technology，1965，35（4）：1039-1046.
[3]HEARD H C. Thermal expansion and inferred permeability of climax quartz monzonite to 300℃and 27.6 MPa [J]. Int J Rock Mech Min Sci & Geomech，1980，17：289-296.
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第一作者简介：
刘军（1987-），男，湖北荆州人，西南科技大学硕士研究生，主要从事于岩土工程。