马海涛 李迎佳 王云海

(1.北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083;2.中国安全生产科学研究院，北京100012;3.鲁中矿业有限公司，山东莱芜，271113)

据不完全统计，我国目前受河流影响而滞留大量矿石储量的冶金矿山65座，有色金属矿25座，铁矿山最为突出，10亿t以上的矿石储量被压埋在河流之下未能合理开发，仅邯郸、莱芜地区就有5亿多t铁矿石赋存于水体之下，难以开发。因而，解决水体下安全开采问题成为冶金矿山所面临的重大生产安全问题之一［1］。水下开采地质灾害本质上是由水、岩等固体、准流体及流体构成的复杂地质系统对开挖扰动作出的响应或反馈。响应的方式和程度不同，灾害的类型和规模也就不同。从物理形态上硬岩、软岩、水等是可以分开的，但是，无论是天然条件下，还是开挖环境下，它们的变形、运动往往都互相联系、彼此影响。即应力场和渗流场之间存在耦合效应。因此，需要对水下矿山开采风险进行分析，并考虑流固耦合作用的影响。

有关流固耦合的计算方法大致可以分为两类，一类是解析解，一类是数值解。数值解法通常采用的是有限单元法或有限差分法［2-4］。有限差分法FLAC3D分析三维流－固耦合问题，应用较为广泛。

1 三维流固耦合计算方程

相互关联的变形－扩散过程的增量公式是通过线性准静态耦合理论的框架结构完成的。描述多孔介质中的渗流需要的变量包括孔隙压力和3个特殊的释放矢量。变量之间通过3个方程相互……