1.6 主要研究内容和研究方法

1.6.1 主要研究内容

结合目前国内外研究的现状和不足之处，本书主要围绕以下3个方面具体展开。

（1）在从岩土类多孔介质饱和-非饱和多场耦合的作用模式、数学模型以及相应的数值解法4个方面比较全面地总结岩土类多孔介质多场耦合的国内外研究进展的基础上，依据质量守恒定律、线动量平衡原理和能量守恒定律3个基本原理，由连续性方程、静力方程和能量守恒方程这3个基本方程以及相应的物性方程推导多场耦合的控制方程组，充分考虑三场之间的相互作用和相互影响，最终获得以位移、孔隙水压力、孔隙气压力、温度、孔隙率为未知量的多孔介质多场耦合数学模型，并分析和确定耦合过程中的与未知量相关的参数。

（2）对得到的岩土类多孔介质饱和-非饱和多场耦合控制方程进行有限元离散，解决数值模拟过程中遇到的关键性技术问题——复杂边界条件的模拟、大型非对称性矩阵的存储方法、大型稀疏矩阵的求解方法等，编制相应的数值计算程序，并结合热井冷却问题以及土柱热固结问题进行数值仿真，将计算结果与试验结果相比较，评价数值计算程序的可用性和适用条件。

（3）结合实际情形，分别采用一定的简化假设，将数值计算程序具体应用于水利水电工程中，以分析水利工程中较为常见的耦合现象：考虑地下水条件和应力条件下，对瀑布沟高土石坝进行多场耦合计算分析，获得高土石坝耦合效应和耦合程度；选择某一碾压混凝土坝坝段，对坝段初次蓄水条件下的坝体的多场耦合计算分析，得到的温度和应力分布可以为后续混凝土坝的裂缝控制提供参考依据。

1.6.2 主要研究方法

（1）文献阅读。通过大量阅读国内外有段岩土类多孔介质多场耦合试验、作用模式、数学模型及数值解法等方面文献，掌握本书主要研究内容现有的研究水平，为开展本书的研究工作打好基础和把握方向。

（2）理论建模。理论建模是本书重要的研究方法。本书主要应用现有的多场耦合试验成果、耦合机理、场间耦合效应及规律、有限元理论等对本书内容开展研究工作，最终形成了以位移、孔隙水压力、孔隙气压力、温度、孔隙率为未知量的饱和-非饱和多孔介质多场耦合数学模型。

（3）数值模拟。数值模拟无疑是本书最大的特色也是应用最广泛的研究方法。应用有限元数值模拟方法，本书解决了岩土工程中有关多场耦合的关键性问题。与理论分析和试验相比，数值模拟具有无比的优越性和不可替代的作用。

（4）工程应用研究。将数值计算程序具体应用于水利水电工程中：考虑地下水条件和应力条件下，对瀑布沟高土石坝进行多场耦合计算分析，获得高土石坝耦合效应和耦合程度；选择某一混凝土坝坝段，对坝段初次蓄水条件下的多场耦合计算分析，得到的温度和应力分布可以为后续混凝土坝的裂缝控制提供参考依据。

本书研究的主要技术路线如图1.7所示。

图1.7 主要技术路线