第2章 多场耦合渗流理论

耦合是指多孔介质中两个及两个以上的过程相互影响的一种现象。由于多孔介质中不同物理量之间相互影响的程度存在较大的差异，工程分析有时只考虑其中一种因素，而对另一种因素的影响予以忽略，即仅考虑单向耦合。例如温度场对应力场的影响很显著，而应力场的变化对温度场变化影响则很小。在某些情况下，孔隙介质中的两个物理量之间的影响都很显著，这种情况下为双向耦合。例如岩体或土体中应力场变化对渗流场分布影响显著，容易引起局部形成超静孔隙水压力，进而引起渗流场的改变；反过来，渗流场改变引起的孔隙压力变化也会导致固体骨架上的有效应力发生变化，导致应力场产生重新分布。对于一般的岩土工程渗流问题，流固耦合问题广泛存在于各种类型岩土工程之中，例如坝基渗流分析，隧道渗流分析，等等。

流固耦合（hydro-mechanical coupling）现象的研究最早始于20世纪40年代，由太沙基（Terzaghi，1943，1960）在研究土力学时提出了有效应力概念，接着比奥（Biot,1941,1957）针对土壤固结问题和地基下沉问题研究了流固耦合渗流问题。此后，该理论又应用于岩石裂缝或节理变化，油田水压致裂等问题的研究中。

热流耦合（thermal-hydro coupling）的研究始于分析地层中存在热源而引起温度梯度和流场耦合现象。热流耦合理论用于热源开发、岩浆流以及深层油藏的开发等问题，特别是多孔介质中的自然对流。

热固耦合（thermal-mechanical coupling）理论则始于分析温度变化引起的岩土体应力变化与开裂等工程问题。热流固耦合（thermal-hydro-mechanical coupling）从20世纪90年代以来发展很快，主要源于地下岩石中热能的开发和核废料地质存储工程的需要。