在力學(xué)領(lǐng)域，滲流場與應(yīng)力場的耦合作用又稱為流固耦合作用，簡言之，流固耦合研究的焦點在于固體介質(zhì)和流體間的力學(xué)耦合基本規(guī)律。耦合理論從20世紀(jì)50年代國外水庫誘發(fā)地震分析而萌芽，到20世紀(jì)70年代才正式提出，直到80年代以來Noorisbad（1989）的完善發(fā)展，巖土工程中流固耦合作用研究獲得了一定的進展，但總的來講巖體滲流場與應(yīng)力場耦合分析方面的成果較土體滲流場與應(yīng)力場耦合研究的成果要多，研究也深入一些。

1.巖體流固耦合作用研究

關(guān)于巖體和流體相互作用的研究最早見諸Terzaghi K對有關(guān)地面沉降的研究，其內(nèi)容主要限于考慮一維彈性孔隙介質(zhì)中飽和流體流動時的固結(jié)，提出了著名的有效應(yīng)力公式，迄今該公式仍是研究巖體和流體相互作用的基礎(chǔ)公式之一。20世紀(jì)中期Biot將Terzaghi K的工作推廣到了三維固結(jié)問題，并給出了一些經(jīng)典的、解析型的公式和算例，奠定了地下流固耦合理論研究的基礎(chǔ)。

Noorishad（1989）以Biot固結(jié)理論為基礎(chǔ)，把多孔彈性介質(zhì)的本構(gòu)方程，推廣到裂隙介質(zhì)的非線性變形本構(gòu)關(guān)系，提出裂隙滲流與應(yīng)力的耦合分析模型。Wilson和Witherspoon（1981）把裂隙巖體分別當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)和不連續(xù)介質(zhì)進行計算比較后指出，最大裂隙間距與建筑物最小邊界尺寸之比大于1／50，按不連續(xù)介質(zhì)考慮。

Ohnishi研究了非連續(xù)節(jié)理巖體的滲流與應(yīng)力耦合方法，提出了以節(jié)理元為基礎(chǔ)的有限元模型，并提出了地下工程圍巖的應(yīng)力－滲流－溫度耦合的本構(gòu)關(guān)系模型。Oda（1985）以巖體節(jié)理統(tǒng)計為基礎(chǔ)，運用滲透率張量法，建立了巖體滲流場與應(yīng)力場耦合的等效連續(xù)介質(zhì)模型。

件彥卿（1996）、柴軍瑞等（1997，2000，2004）對國內(nèi)外裂隙巖體滲流數(shù)學(xué)模型進行了系統(tǒng)的歸納總結(jié)，將巖體滲流場與應(yīng)力場耦合分析數(shù)學(xué)模型的建模方法分為機理分析法、混合分析法及系統(tǒng)辨識法，并分別形成巖體滲流場與應(yīng)力場耦合分析的理論模型、經(jīng)驗－理論模型及集中參數(shù)模型這三種主要模型。由于對巖體介質(zhì)不同的處理方法，每種模型又可分為（等效）連續(xù)介質(zhì)模型及非連續(xù)介質(zhì)模型兩種。以機理分析法建立起來的巖體滲流場與應(yīng)力場耦合分析的理論模型就包括（等效）連續(xù)介質(zhì)模型、裂隙網(wǎng)絡(luò)模型及（狹義與廣義）雙重介質(zhì)模型。

河海大學(xué)王媛等（1998）提出了裂隙巖體滲流與應(yīng)力耦合的四自由度全耦合分析方法，其基本思路是：將裂隙巖體滲流場和應(yīng)力場作為同一場進行，聯(lián)立裂隙巖體滿足的滲流方程和應(yīng)力方程，建立起同時以節(jié)點位移和節(jié)點滲流水壓力為未知量的耦合有限元方程組。

周創(chuàng)兵等（1998）考慮粗糙節(jié)理面特性提出了廣義立方定理，還從節(jié)理面形態(tài)與水力特性的關(guān)系出發(fā)，對巖石節(jié)理非飽和滲流特性，節(jié)理張開度概率模型與隨機模擬進行了研究。

陳平和張有天（1994）建議提出了巖體滲流與應(yīng)力耦合分析方法，以裂隙滲流理論和變形本構(gòu)關(guān)系為基礎(chǔ)，對重力壩壩基進行了裂隙巖體滲流應(yīng)力二維耦合分析；楊延毅和周維垣（1994）提出了一種滲流－損傷耦合分析模型，闡述了滲流裂隙巖體的力學(xué)作用和裂隙的應(yīng)力狀態(tài)對裂隙巖土的滲透性的影響。

盛金昌（1998）采用等效連續(xù)介質(zhì)模型，對裂隙巖體的滲流特性、力學(xué)特性、滲流應(yīng)力耦合分析以及裂隙參數(shù)隨機性對滲流的影響等方面進行了較深入的研究，對溪洛渡電站地下廠房洞室群滲流場和應(yīng)力場進行了耦合計算。

朱珍德等（1991）基于能量互易定理并考慮裂隙擴展過程中的能量轉(zhuǎn)換和裂隙擴展過程中的相互作用，探討了裂隙巖體在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下本構(gòu)關(guān)系與損傷演化方程，建立了多裂隙巖體滲流場與損傷場耦合分析模型，并對三峽永久船閘高邊坡穩(wěn)定性進行分析。沈振中等（2000）提出了壩基巖體黏彈性應(yīng)力場與滲流場的耦合分析模型，對壩基開挖過程進行了模擬計算分析。

2.土體流固耦合作用及其在滑坡中的應(yīng)用研究

對土坡的穩(wěn)定性采用有效應(yīng)力法分析是巖土工程耦合分析的基本課題之一，由于土坡的復(fù)雜性，采用數(shù)值分析技術(shù)研究土坡的應(yīng)力－變形－滲流和穩(wěn)定性狀是當(dāng)今土坡分析的前沿課題。對飽和土坡來講，Biot（1942，1954，1956）固結(jié)方程是進行有效應(yīng)力分析的理論基礎(chǔ)，它從較嚴(yán)格的土體固結(jié)機理出發(fā)推導(dǎo)了孔隙水壓力消散與土骨架變形相互關(guān)系。近幾十年來，國內(nèi)外學(xué)者在研究軟土地基Biot固結(jié)的有限元分析計算研究方面，已做了大量卓有成效的工作，但對于土坡的滲流、變形和穩(wěn)定性狀的有效應(yīng)力分析，尚缺乏廣泛和深入的研究。

Lubinski（1954）和Geertsma（1957）在關(guān)于多孔介質(zhì)的彈性理論中都曾討論過Biot方程。Savage和Braddock（1991）將Biot的三維固結(jié)理論應(yīng)用到了橫觀各向同性的孔隙彈性介質(zhì)中。Zienkiewicz和Shiomi（1984）考慮了幾何非線性和材料的非線性，并在Biot的三維固結(jié)理論基礎(chǔ)提出了廣義Biot公式。國內(nèi)李錫夔等討論了考慮飽和土固結(jié)效應(yīng)的結(jié)構(gòu)－土相互作用問題；張洪武等利用Zienkiewicz和Shiomi建立的廣義Biot公式對飽和土固結(jié)的非線性問題的理論和算法進行了研究。

平揚、白世偉、徐燕萍等（2001）基于比奧固結(jié)理論，并將其擴展應(yīng)用于彈塑性分析領(lǐng)域，將滲流場水力作用與應(yīng)力場耦合，并通過有限單元法模擬，對深基坑開挖過程中滲流場與應(yīng)力場的變化規(guī)律及其導(dǎo)致的基坑穩(wěn)定問題進行了研究和探討。

徐則民等（2001）論述了滲流場與應(yīng)力場耦合分析的基本原理及其在斜坡穩(wěn)定性評價中應(yīng)用的理論基礎(chǔ)和技術(shù)路線。

楊志錫、葉為民、楊林德等（2002）將飽和土體視為均質(zhì)、連續(xù)的各向異性彈塑性多孔介質(zhì)，根據(jù)虛位移原理推導(dǎo)出飽和土體內(nèi)各向異性滲流直接耦合的有限元法計算公式，并針對直接耦合法所生成的病態(tài)方程采用MATLAB語言編寫出平面條件下的計算程序，對各向異性彈性多孔介質(zhì)中Mandel效應(yīng)進行數(shù)值模擬分析。

李培超、孔祥言、盧德唐等（2003）將基于多孔介質(zhì)的有效應(yīng)力原理引入流固耦合滲流中，并根據(jù)平衡條件得出了應(yīng)力場方程，分析了流固耦合滲流的物理特性，建立起孔隙度和滲透率動態(tài)模型；依據(jù)流體力學(xué)連續(xù)性方程，考慮流固耦合情形下多孔介質(zhì)骨架變形特性和流體的可壓縮性，得到了孔隙流體的連續(xù)性方程，建立起了飽和多孔介質(zhì)流固耦合滲流的數(shù)學(xué)模型，并與經(jīng)典一維固結(jié)理論進行了定性對比。

陳慶中、馮星梅等（1999）參照Sandhu和錢偉長的成果，建立應(yīng)力場、滲流場、流場耦合問題的分析方法。柴軍瑞（1997，2004）從土壩的滲透特性出發(fā)，提出了均質(zhì)土壩滲流場與應(yīng)力場耦合分析的連續(xù)介質(zhì)數(shù)學(xué)模型。

唐輝明（2002）、柴軍瑞（2000）分別對三峽庫區(qū)趙樹嶺滑坡和泄灘滑坡滲流場與應(yīng)力場的耦合作用進行了有限元分析，將滲流場的水力作用加到了應(yīng)力場的分析中，對不同庫水位作用下滲流場的變化規(guī)律以及對應(yīng)力場產(chǎn)生的影響進行了探討。

高小育等（2004）根據(jù)Biot固結(jié)理論，以土質(zhì)邊坡為研究對象，采用劍橋模型為本構(gòu)方程，分別建立了應(yīng)力場和滲流場耦合模型微分方程組及邊界條件，對實際邊坡進行了數(shù)值計算與分析；王成華等（2003）以Biot固結(jié)理論作為流固耦合分析的理論核心，為反映土的非線性力學(xué)特性以便于進行土坡穩(wěn)定性研究，對土體采用了Duncan－Chang模型，建立了土坡滲流、非線性變形耦合分析有限單元法，在飽和開挖土坡穩(wěn)定分析中，基于流固耦合分析所得出的有效應(yīng)力場和孔壓場，分析了安全系數(shù)隨時間的變化情況。

近年來，對飽和－非飽和介質(zhì)滲流場－應(yīng)力場耦合的研究漸起，但總體處于初級階段。中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所的張玉軍（2004）從建立應(yīng)力平衡方程、水連續(xù)性方程和彈塑性矩陣入手，使用Galerkin方法，將各控制方程分別在空間域和時間域進行離散，初步開發(fā)出了一個用于分析飽和－非飽和孔隙介質(zhì)中水－應(yīng)力耦合彈塑性問題的二維有限元程序。通過引入一組特定的與非飽和狀態(tài)有關(guān)的計算公式，對一個假定的非飽和土體中水－應(yīng)力耦合問題進行了數(shù)值計算，考察了不同時間土體中的位移、孔隙水壓力、有效主應(yīng)力、流速和塑性區(qū)的分布，定性驗證了該程序的正確性。張延軍等（2004）同樣也對非飽和土中的流固耦合進行了研究，包括理論控制方程組描述、土水特征曲線、固體骨架的彈塑性本構(gòu)模型以及各種數(shù)值算法等。另外，就該理論在降雨入滲滑坡、土體的蒸發(fā)固結(jié)效應(yīng)等問題的應(yīng)用進行了簡單探討，指出進一步發(fā)展非飽和土流固耦合理論對解決非飽和土力學(xué)和環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的工程問題有著重要的意義。

盡管對于滲流場－應(yīng)力場的耦合已取得了一些進展，但仍有一些問題需要澄清。如在滲流場與應(yīng)力場的關(guān)系研究中，必須首先分清誰是主動變化者，誰是被動接受者，要么滲流場影響應(yīng)力場，要么應(yīng)力場影響滲流場，這一問題必須首先搞清。地質(zhì)體內(nèi)也存在滲流場、應(yīng)力場同時主動變化的情況，如應(yīng)力邊界明顯變化的同時，滲流場的補給、排泄等條件也在變化（這種變化不是由應(yīng)力場變化引起），但一般情況下，都可以從中分出主次，先研究一個場的變化及其對第二個場的影響，而暫時忽略第二場自身的變化。這樣，既可簡化計算，也可以達(dá)到工程所需的計算精度（徐則民等，2001）。