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多场耦合问题是岩土工程、工程地质等众多工程领域研究中的重点内容，该问题主要涉及了工程热物理学科与众多学科的广泛交叉。在多场耦合的情况下，如何确定土体孔隙水的渗流、热量的传递、组分物质或者污染物的迁移与扩散等多种过程一直是国内外岩土工程领域迫切需要解决的问题。该问题的解决可以为很多工程领域提供必要的理论基础和分析手段，对进一步指导实际工程施工具有不可或缺的意义。
本文主要采用正则模态法从Biot波动理论出发，进一步引入对经典的Fourier热传导定律进行修正的热传导定律和Darcy定律，从而达到可以研究和分析饱和多孔地基热-水-力耦合动力响应问题的目的；进一步考虑土体的流变性，深入分析了各向同性饱和多孔粘弹性地基在外荷载作用下各物理量的分布情况；继而又考虑了土体的各向异性的特质，更进一步深入分析了各向异性饱和多孔弹性地基中土体参数变化对各物理量的影响，对比了各向同性和各向异性饱和多孔弹性地基在研究热-水-力耦合问题时的差异。主要工作和研究成果如下：
(1)在Biot波动理论的基础上，引入修正的Fourier热传导定律和广义Darcy定律，建立了可用于描述饱和多孔弹性地基中应力场、渗流场和温度场之间的耦合关系的各向同性饱和多孔弹性地基的热-水-力耦合动力响应模型。并引入了正则模态法对该地基耦合问题进行求解，为研究和分析饱和多孔地基耦合问题提供了有效的研究模型和分析方法。
(2)对于时间微观但空间宏观的饱和多孔弹性地基的热-水-力耦合问题，根据已建的饱和多孔弹性地基的热-水-力耦合动力响应模型，结合边界条件采用正则模态法得到了地基上表面受到外荷载作用时各无量纲物理量(无量纲超孔隙水压力、竖向位移、竖向应力和温度)的解析表达，最终分析了所考虑的各物理量的变化规律。通过对新建模型的适当简化以及一定的退化即可得到不考虑孔隙水的热-力耦合地基动力模型，探讨和分析了不同地基模型受到外荷载作用时的差异，并给出了不同地基的适用条件。采用退化成为静态问题的方法和用FlexPDE软件对相同动态问题进行数值模拟的方法对该地基模型的合理性、正则模态法在求解该问题时的适用性以及解析解的可靠性进行了验证。从算例结果可以看出：孔隙水、荷载频率以及热载子驰豫时间因子等参数的变化均会对所涉及的物理量有一定的影响。力源作用下，孔隙水的存在使得除超孔隙水压力外增大最明显的物理量增大了30%以上，而热源作用时，除超孔隙水压力外增大最明显的物理量增大了45%以上。
(3)考虑土体的流变性特性，在上述饱和多孔弹性地基的热-水-力耦合动力响应模型的基础上引入考虑粘弹松弛时间因子的Kelvin-Voigt粘弹性模型，结合边界条件着重分析了荷载频率、粘弹性松弛时间因子、渗透系数、作用时间、孔隙率等参数变化时各物理量的分布情况。同样采用退化成为静态问题的方法和用FlexPDE软件对相同动态问题进行数值模拟的方法对该地基模型的合理性、正则模态法在求解该问题时的适用性以及解析解的可靠性进行了验证。从算例结果可以看出：粘弹性松弛时间因子α0和α1、渗透系数以及孔隙率对各无量纲量的影响与外荷载的种类息息相关。此外，除了地基上表面受到热源作用的无量纲温度外，粘弹性地基中各物理量在受到外荷载作用后均有明显的滞后现象。
(4)考虑到天然的土体由于沉积过程、应力分布等不同，通常会显现出一些各向异性的特性，根据分数阶微积分理论，结合了Riemann-Liouville积分算子建立了各向异性饱和多孔弹性地基的热-水-力耦合动力响应模型，采用正则模态法得到了地基上表面受到不同外荷载作用时各物理量的解析解。着重分析了荷载频率、分数阶系数、热传导系数各向异性参数以及渗透系数各向异性参数变化对各无量纲量的影响。当分数阶系数取一且物理意义相同的各向异性的参数均取为同一个数值时，该问题的理论模型即可退化成与各向同性饱和多孔弹性地基的热-水-力耦合动力响应模型一致的地基模型，从而验证了该地基模型的合理性。结果表明：在地基受到力源作用时，分数阶系数变化仅对无量纲温度有明显的影响，但当地基受到热源作用时，分数阶系数变化对所有物理量均有显著影响；随着热传导各向异性参数增大，地基上表面受到力源作用时的无量纲超孔隙水压力外的所有物理量均逐渐增大。分数阶系数的存在使得热传导系数各向异性参数变化对各物理量的影响更明显了；渗透系数各向异性参数变化对地基上表面受到热源作用时的无量纲温度外所考虑的物理量均有明显的影响，对部分物理量的扰动深度也有明显的影响，地基上表面受到力源作用时，当渗透系数各向异性参数为φ1=1时，超孔隙水压力曲线在深度为z=4.5处基本就衰减为零，竖向应力曲线在深度为z=2.5处基本就衰减为零；而当渗透系数各向异性参数为φ1=2时，超孔隙水压力曲线扰动深度增大至z=6深度处，竖向应力曲线扰动深度增大至z=5深度处。
本文的研究成果不但可为地基的设计和破坏机理研究奠定一定的理论基础并提供一定的技术支持，而且还能够对深入了解地基中所发生的渗流和传热过程等问题提供一定的借鉴和参考。
本文主要采用正则模态法从Biot波动理论出发，进一步引入对经典的Fourier热传导定律进行修正的热传导定律和Darcy定律，从而达到可以研究和分析饱和多孔地基热-水-力耦合动力响应问题的目的；进一步考虑土体的流变性，深入分析了各向同性饱和多孔粘弹性地基在外荷载作用下各物理量的分布情况；继而又考虑了土体的各向异性的特质，更进一步深入分析了各向异性饱和多孔弹性地基中土体参数变化对各物理量的影响，对比了各向同性和各向异性饱和多孔弹性地基在研究热-水-力耦合问题时的差异。主要工作和研究成果如下：
(1)在Biot波动理论的基础上，引入修正的Fourier热传导定律和广义Darcy定律，建立了可用于描述饱和多孔弹性地基中应力场、渗流场和温度场之间的耦合关系的各向同性饱和多孔弹性地基的热-水-力耦合动力响应模型。并引入了正则模态法对该地基耦合问题进行求解，为研究和分析饱和多孔地基耦合问题提供了有效的研究模型和分析方法。
(2)对于时间微观但空间宏观的饱和多孔弹性地基的热-水-力耦合问题，根据已建的饱和多孔弹性地基的热-水-力耦合动力响应模型，结合边界条件采用正则模态法得到了地基上表面受到外荷载作用时各无量纲物理量(无量纲超孔隙水压力、竖向位移、竖向应力和温度)的解析表达，最终分析了所考虑的各物理量的变化规律。通过对新建模型的适当简化以及一定的退化即可得到不考虑孔隙水的热-力耦合地基动力模型，探讨和分析了不同地基模型受到外荷载作用时的差异，并给出了不同地基的适用条件。采用退化成为静态问题的方法和用FlexPDE软件对相同动态问题进行数值模拟的方法对该地基模型的合理性、正则模态法在求解该问题时的适用性以及解析解的可靠性进行了验证。从算例结果可以看出：孔隙水、荷载频率以及热载子驰豫时间因子等参数的变化均会对所涉及的物理量有一定的影响。力源作用下，孔隙水的存在使得除超孔隙水压力外增大最明显的物理量增大了30%以上，而热源作用时，除超孔隙水压力外增大最明显的物理量增大了45%以上。
(3)考虑土体的流变性特性，在上述饱和多孔弹性地基的热-水-力耦合动力响应模型的基础上引入考虑粘弹松弛时间因子的Kelvin-Voigt粘弹性模型，结合边界条件着重分析了荷载频率、粘弹性松弛时间因子、渗透系数、作用时间、孔隙率等参数变化时各物理量的分布情况。同样采用退化成为静态问题的方法和用FlexPDE软件对相同动态问题进行数值模拟的方法对该地基模型的合理性、正则模态法在求解该问题时的适用性以及解析解的可靠性进行了验证。从算例结果可以看出：粘弹性松弛时间因子α0和α1、渗透系数以及孔隙率对各无量纲量的影响与外荷载的种类息息相关。此外，除了地基上表面受到热源作用的无量纲温度外，粘弹性地基中各物理量在受到外荷载作用后均有明显的滞后现象。
(4)考虑到天然的土体由于沉积过程、应力分布等不同，通常会显现出一些各向异性的特性，根据分数阶微积分理论，结合了Riemann-Liouville积分算子建立了各向异性饱和多孔弹性地基的热-水-力耦合动力响应模型，采用正则模态法得到了地基上表面受到不同外荷载作用时各物理量的解析解。着重分析了荷载频率、分数阶系数、热传导系数各向异性参数以及渗透系数各向异性参数变化对各无量纲量的影响。当分数阶系数取一且物理意义相同的各向异性的参数均取为同一个数值时，该问题的理论模型即可退化成与各向同性饱和多孔弹性地基的热-水-力耦合动力响应模型一致的地基模型，从而验证了该地基模型的合理性。结果表明：在地基受到力源作用时，分数阶系数变化仅对无量纲温度有明显的影响，但当地基受到热源作用时，分数阶系数变化对所有物理量均有显著影响；随着热传导各向异性参数增大，地基上表面受到力源作用时的无量纲超孔隙水压力外的所有物理量均逐渐增大。分数阶系数的存在使得热传导系数各向异性参数变化对各物理量的影响更明显了；渗透系数各向异性参数变化对地基上表面受到热源作用时的无量纲温度外所考虑的物理量均有明显的影响，对部分物理量的扰动深度也有明显的影响，地基上表面受到力源作用时，当渗透系数各向异性参数为φ1=1时，超孔隙水压力曲线在深度为z=4.5处基本就衰减为零，竖向应力曲线在深度为z=2.5处基本就衰减为零；而当渗透系数各向异性参数为φ1=2时，超孔隙水压力曲线扰动深度增大至z=6深度处，竖向应力曲线扰动深度增大至z=5深度处。
本文的研究成果不但可为地基的设计和破坏机理研究奠定一定的理论基础并提供一定的技术支持，而且还能够对深入了解地基中所发生的渗流和传热过程等问题提供一定的借鉴和参考。