中文摘要：

当前在多孔岩土材料数值计算的研究中，微观与宏观尺度的模拟之间仍存在着断层，缺乏行之有效的理论模型与衔接手段。本项目以多孔介质岩土材料的局部变形带为切入点，基于固相变形与流体扩散耦合，通过建立颗粒尺度与宏观尺度的基本联系，构建分级的基于岩土体本构特性的多尺度自适应模型，并借助XR-CT同步加速器及三维数字图像相关法进行三轴压缩试验，对构建的本构模型框架进行校准和验证，力图从颗粒尺度到连续介质尺度，来描述多孔介质中的骨架失稳现象和流体扩散过程。本项目将在多尺度建模方法和岩土力学理论之间搭建一个有效的研究平台，是传统连续介质力学与多尺度自适应算法的交叉和融合，是岩土材料数值计算领域的最底层科学问题，也是对唯像模型解决工程问题的有效补充。

结论摘要：

在当前诸多的岩土材料数值计算研究中，尚未考虑岩土材料不同尺度上的不均质性、局部变形引起的材料性质变化及其对岩土工程的影响，而且微观与宏观尺度的模拟之间仍存在着断层，缺乏行之有效的理论模型与衔接手段。本项目以多孔介质岩土材料的变形带为切入点，基于有限元（FEM）、离散元法（DEM）和玻尔兹曼法（LBM），通过建立颗粒化过程与宏观特性的基本联系，搭建了分级的基于岩土体本构特性的多尺度模型，并通过室内及现场试验，对构建的本构模型框架进行校准和验证。 项目按照工作计划，完成并超出了原合同的工作计划，具体完成了如下内容（1）从一致性切线张量的求解入手，建立颗粒化过程与宏观特性的基本联系，得到岩土材料骨架有效响应和渗透率的重要本构关系；（2）针对多孔介质岩土材料，考虑材料的微观特性如黏聚力、颗粒形状、颗粒强度和矿物成分，建立了分级的均质饱和岩土材料多尺度本构模型；（3）对常见的Eayy砂土进行三轴压缩试验获得的X-ray CT 实时数据，与构建的计算模型进行对比分析，验证了模型的适用性；（4）完成了全套大型有限元计算程序的编写。 同时，在构建多尺度模型的研究中发现了材料随机场对计算结果的显著影响，所以在研究中增加了多尺度随机场的构建研究，这部分的工作超出了原工作计划的研究内容。 本项目取得的主要成果包括找到了一种新的获取本构关系的方法；提出了一种新的多尺度建模思想；实现了多尺度模型与有限元程序编写；探讨了多尺度模型随机场的研究；发明了新的实验方法及设备；研究成果在实际工程项目上得到了应用。结合课题，共发表论文12篇，其中SCI源刊4篇，EI检索3篇，获得国家发明专利授权1项；在项目的资助下，参加国际学术会议5次，其中会议分组报告3次；结合课题研究，项目组成员1人完成了博士后研究工作，1人晋升副教授，协助培养了硕士生3人（其中毕业2人）、博士生1人（毕业1人）、合作指导了“高等学校一般国内访问学者”1人。