传统岩体力学是以经典固体力学为基础，以实验研究为主要手段的工程力学学科分支，随着地下资源能源开发工程逐渐向深地、深海及非常规油气方向发展，更多高温、高压、低渗透以及多场耦合作用条件下的演变孔裂隙岩体力学问题越来越突出，而且在长期地质作用与人类工程活动中，不同尺度规模的不连续结构或构造均会随外部环境条件的变化而不断演化，此即所谓演变孔裂隙岩体。为解决这类复杂问题，亟须建立演变孔裂隙岩体力学体系。本书基于团队多年教学与研究实践，将团队在演变孔裂隙岩体力学特性方面的部分研究成果与固体力学、流体力学等相关基础学科知识有机融合，旨在为博士、硕士研究生及相关科研人员提供较为系统的基础知识，并为进一步推动学科交叉与知识创新提供思路借鉴。
实现 “双碳”目标的关键是新能源及储能技术创新与传统化石能源低碳清洁利用同步发展。对于传统化石能源而言，随着浅部资源的逐渐枯竭，以煤炭、石油、天然气为主的化石能源开采已经开始向深部进军。地下煤炭资源开采深度已经达到1500m，1500m以深的资源量还很大，原位改性流体化开采工艺是实现深部资源高效安全开采的重要技术方向。当前石油资源开采深度已逾10000m，其最大问题仍然是储层渗透性差及如何提高渗透率，包括深部煤系气、页岩气等非常规天然气资源的储层渗透率都远低于10-3mD。因此，作为供应保障压舱石的化石能源，深地、深海、非常规等“两深一非” 资源高效开发利用是重要发展方向，迫切需要岩体力学及相关学科的深度创新与快速发展。
岩体力学是所有地质资源和能源高效开发利用的基础学科知识，自20世纪60年代在欧洲启蒙发展以来，随着我国大型水利水电、超长隧道等岩土工程建设及深地非常规资源开发，岩体力学在中国也有了较为长足的进步与发展。特别是21 世纪以来，随着深部高温岩体地热、油页岩油气、页岩气、煤系气等非常规地质油气资源压裂改性高效开采理论技术的发展，对岩体力学的研究认识也进一步深化，固-流耦合、热-流-固耦合、热-流-固-传质耦合研究不断深入；对岩体的认识也由传统的以均质、各向同性、连续介质特性为主的岩石，向非均质、各向异性的孔隙、孔裂隙、演变孔裂隙岩体介质转变；与此同时，在这一孔裂隙结构不断演变的多孔非连续岩体介质中，由于注入压裂或热解改性介质的存在，以及通过改性生产的油气资源的相态转化及扩散运移，固-液或固-液-气多相态物质之间相互作用，且固体骨架特性也由弹脆性向弹塑性、黏弹塑性等转变。所有上述这些固体物理结构与多相态物质耦合作用的复杂变化，亟须对传统岩石力学知识体系进行创新发展；在创新实验研究基础上，综合固体力学、损伤断裂力学、流体力学等基础科学理论，创立更为高阶的演变孔裂隙岩体力学理论，在推动岩石力学学科进步的同时，也更好地服务于未来“两深一非”资源的低碳、清洁、高效开发与利用。
岩体裂隙内部凸起接触域、连通孔隙域与孤立孔隙域的分布示意图
不同温度溶浸作用下实验前后钙芒硝盐岩孔裂隙演变CT图
高温高压三轴岩石渗透率试验机
1. 入口热电偶；2. 出口热电偶；3. 电子天平及烧杯；4. 背压阀；5. 渗流水冷却装置；6. 特制集成出口热电偶轴压压头；7. 轴压传压杆；8. 围压传压套筒；9. 高温高压釜腔体；10. 加热炉；11. 压头底座；12. 特制石墨盘根；13. 单裂缝花岗岩试样；14. 渗流入口多孔板；15. 压力表
P1
ScCO2压裂裂缝扩展形态示例
ScCO2压裂裂缝扩展形态展布图示例
本书在深度总结经典岩体力学著作精髓的基础上，精心整合了作者团队近年来在演变孔裂隙岩体力学领域的创新性研究成果，旨在为读者呈现一个既包含传统经典理论又融合最新科研进展的知识体系，主要内容如下。
(1)绪论。本章首先介绍了原位改性流体化采矿基本概念、背景与内涵，然后系统论述了演变孔裂隙岩体力学科学内涵、孔裂隙岩体成岩条件与关键特征、孔裂隙岩体力学研究内容与方法。
(2)固体力学基础。首先简要概述固体力学的基本内容，而后系统总结岩体热弹性力学和岩体塑性力学的基本理论，最后论述固体力学与岩体力学的联系，以及演变孔裂隙岩体力学中涉及的固体力学知识。
(3)岩体损伤与断裂力学。针对演变孔裂隙岩体易发生损伤和断裂的客观事实，系统介绍岩体损伤力学、岩体线弹性断裂力学、岩体准脆性断裂力学、岩体弹塑性断裂力学的基础理论和断裂准则。
(4)演变孔裂隙岩体流变力学。首先介绍流变力学的基本元件和力学模型，然后在总结作者团队关于盐岩和钙芒硝盐岩蠕变实验的基础上，系统介绍其在热-流-固耦合作用下的破坏特征和蠕变损伤模型。
(5)演变孔裂隙介质多尺度渗流力学。首先介绍多孔介质的几何性质和表征参数、流体性质和达西渗流力学模型，然后着重论述各类微观渗流力学模型和渗流效应，最后讨论演变孔裂隙介质多尺度渗流问题、渗流特征与理论。
(6)岩体裂隙变形与渗流特性。首先介绍岩体裂隙的几何特征与表征方法，然后论述岩体裂隙的力学特性和抗剪强度准则，继而结合作者团队关于岩体裂隙渗流的实验与理论研究，着重论述裂隙的渗流模型、裂隙变形-渗流耦合特性，最后介绍演变裂隙的渗流特性。
(7)多场耦合作用。在介绍岩体孔隙、裂隙有效应力原理的基础上，系统论述热-流-固耦合作用下孔裂隙介质性态变化特征与机理、孔裂隙介质渗流特性与传热特性，然后介绍孔裂隙双重介质热-流-固耦合数学模型，最后讨论演变孔裂隙介质耦合的不确定性。
(8)演变孔裂隙岩体力学实验装置与方法。首先简要概述岩体力学试验机发展概况，然后系统介绍作者团队近20年来在溶解类矿体孔裂隙演变及其渗流力学实验、吸附膨胀/解吸收缩类煤体的渗透性演变实验、高温热解低变质煤/油页岩孔裂隙演变渗透率演化实验、高温岩体地热开发渗透率演化实验、超临界CO2浸蚀煤体结构面剪切-渗透性演化实验、煤层气开发岩体致裂增渗实验方面的实验装置和方法。
(9)岩体力学发展与展望。在分析岩体力学研究现状及存在问题的基础上，系统论述岩体力学未来充满前景的发展方向、存在的若干重大难题和挑战，并讨论解决这些难题和挑战的宏观发展策略。
ISBN 978-7-03-083480-5
责任编辑：李 雪 李亚佩
本书由团队成员共同完成，第1 章由梁卫国、朱帝杰撰写；第2 章、第3 章由于永军、廉浩杰撰写；第4 章由张胜利撰写；第5 章由武守亚、刘杨撰写；第6 章、第7 章由梁卫国、陈跃都撰写；第8 章由梁卫国、武鹏飞撰写；第9 章由梁卫国、朱帝杰撰写，全书由梁卫国统稿。
本书是太原理工大学原位改性采矿理论与技术团队在国家杰出青年科学基金项目(No.51225404)、国家自然科学基金项目(No.50874078，51874206)、国家自然科学基金联合基金重点项目(No.U22A20167)、山西省“三晋学者”人才团队项目、山西省自然科学基金面上项目(No.202403021211211)及企业合作项目资助下，在原位改性采矿教育部重点实验室开展了大尺寸真三轴压裂、超临界CO2 压裂驱替CH4、高温高压三轴压裂渗流等系列实验仪器设备研制及相关实验研究基础上，融合固体力学、损伤断裂力学、流体力学等经典力学理论而成，以期为矿业工程及深地资源开发工程相关研究人员提供系统全面的基础理论知识。
本文摘编自《 演变孔裂隙岩体力学 》（梁卫国 陈跃都 于永军 著 . 北京 : 科学出版社 , 2025. 11 ）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。
本书适用于矿业工程、能源工程、土木工程相关学科研究生、高年级本科生及相关科研和工程技术人员学习参阅使用。
地球为你而转！
欢迎关注：赛杰奥（sci_geo）
科学出版社地球科学订阅号
热门跟贴