一、科学问题属性

长期的工程地质作用使得岩体内部赋存了形态各异的天然裂隙网络，其扩展及贯通过程往往伴随着能量的耗散行为，大大降低了岩体的整体强度。裂隙网络的存在及扩展为水流提供了存储空间和运移通道，而富水环境也会进一步影响裂隙网络的形成及应力状态。水力耦合作用下，岩体破裂是一个裂隙网络不断形成扩展、能量不断积聚耗散的非连续变形过程，具有从细观损伤累积发展直到宏观破碎的多尺度演化特征。

随着西部大开发、西电东送、南水北调等战略的实施，我国西部水电开发强度将前所未有，溪洛渡、拉西瓦、锦屏、南水北调西线和虎跳峡等一大批水电工程也都处在崇山峻岭中，水文地质条件复杂。川藏铁路是我国正在规划建设的重要铁路干线之一，具有重要的经济和战略地位，铁路沿线同样面临着严峻的水力耦合作用控制难题。因此，开展“深埋富水岩体动态裂隙网络形成及多尺度非连续破裂机理研究”是我国“助力川藏铁路建设，服务国家重大工程”的迫切需求，研究成果将为深部岩体工程安全施工、水工隧洞与交通隧道以及地下空间开发等提供理论指导和技术支持。

本课题将紧密围绕深埋岩体洞室开挖常见的裂隙网络动态演化、细观损伤与宏观破裂、能耗以及非连续变形等长期稳定性评价中所面临的共性问题，通过多尺度试验研究、理论分析、程序开发及仿真模拟的协同研究手段，共同揭示深埋岩体水力耦合裂隙网络形成机制、能量耗散机理以及细观结构损伤累积发展至宏观破裂的非连续变形演化规律。通过课题研究，拟解决三大科学问题：(1)富水岩体动态裂隙网络形成机制及水力弱化作用；(2)水力耦合岩体能量迁移规律及非连续变形破裂机理；(3)深埋围岩变形破坏过程的多尺度特征。

本课题源于国家重大工程需求，具有较鲜明的需求导向、问题导向和目标导向特征，旨在通过解决核心科学问题，促使基础研究成果走向应用。

二、项目摘要

裂隙网络形成机制、多尺度破裂特征及非连续变形机理是深埋富水岩体长期稳定性评价中所面临的共性问题。为此，项目将开展岩体水力耦合多尺度破裂试验研究，分析岩体破裂前后矿物颗粒、晶体结构演化特征，研究裂隙起裂、扩展和贯通的非连续变形时空演化规律，深入分析声发射、AE能率及变形场的尺度关联性。基于试验规律开展理论分析，研究裂隙网络形成机制及开闭过程水力耦合机理，提出水力学弱化判据；跨尺度分析岩体宏观破裂过程中能量迁移与细观损伤参量的联系，建立能量表述的宏细观岩石力学模型。最后，基于非连续变形分析方法和颗粒流算法，形成水力动态裂隙网络系统；开发岩体破裂宏细观多尺度仿真程序，实现对深埋岩体破裂跨尺度演化全过程的数值模拟。通过协同研究手段，共同揭示岩体水力耦合裂隙网络形成机制、能量耗散机理及细观损伤累积发展至宏观破裂的非连续变形演化规律，为深埋富水岩体工程安全施工以及地下空间开发等提供理论依据和技术支持。