为研究干湿循环作用下裂隙炭质页岩能量演化及破坏特征，分别制作完整和裂隙倾角为30°、45°和60°的炭质页岩，利用MTS815岩石力学试验系统进行不同干湿循环作用下的三轴压缩试验，研究了干湿循环对单裂隙炭质页岩强度、破坏模式及能量演化的影响。结果表明：起裂应力、损伤应力和峰值应力处弹性能和耗散能与干湿循环呈指数函数关系；起裂应力处弹性能、耗散能和损伤应力处耗散能对干湿循环的敏感程度较低，损伤应力处弹性能和峰值应力处弹性能、耗散能对干湿循环的敏感程度较高。炭质页岩破坏模式受控于干湿循环和裂隙倾角，干湿循环为主控因素，裂隙倾角为次控因素；裂隙倾角为30°的干燥岩样为拉剪破坏，裂隙倾角为45°和60°的干燥岩样为剪切破坏；随着干湿循环次数的增加，宏观主裂纹长度增大，次要裂纹增加，破坏模式整体上向剪拉破坏发展。随着干湿循环次数的增加，起裂应力处储能水平K_ci和损伤应力处储能水平K_cd逐渐增大，起裂和损伤应力处储能水平越高，岩石起裂和损伤更容易；K_cd可作为岩石破坏的预警指标，K_cd越大，岩石越易发生破坏

为了提高我国南海钙质砂地基的抗液化性能，提出利用微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术联合纤维加筋技术对钙质砂进行改性处理。通过开展动三轴试验，对比分析了改性前后钙质砂试样的动应变、动孔压、应力−应变滞回曲线以及动弹性模量的发展规律和演化特征，并结合扫描电镜（SEM）试验探究了MICP和纤维加筋技术对钙质砂的联合改性机制。研究结果表明：（1）MICP技术可以明显改善钙质砂试样的抗变形与抗液化性能，相比于未胶结处理试样，仅MICP处理试样的动应变和动孔压分别降低了95.74% 和 92.46%；（2）纤维的掺入进一步提升了MICP的改性效果，相比于仅MICP处理试样，MICP和纤维加筋联合处理试样的动应变和动孔压分别降低了 74.32%和 74.18%；（3）MICP 和纤维加筋技术通过减轻试样在循环荷载作用下的循环活动强度和能量耗散、提高试样的动弹性模量和减小动弹性模量的衰减速率，从而实现试样抗变形与抗液化性能的显著提高；（4）SEM 试验分析结果表明，MICP 与纤维对钙质砂动力特性的改善具有协同作用。纤维的掺入为细菌提供了更多的附着场所，促进了碳酸钙晶体的生成量，该部分碳酸钙不仅增加了颗粒间的胶结强度，同时也将纤维固定在砂颗粒上增强了纤维网的约束作用。

水汽补给可诱发砂土填料的冻胀。基于自主研发的水汽迁移和冻胀试验仪，研究了气态水补给下砂土含水率、温度和冻胀量变化规律；利用体视显微镜对冻结过程中砂土微观结构变化特征进行了研究，结合灰色关联理论分析了宏观指标冻胀量与微观参数之间的关联关系。结果表明：在水汽补给下砂土会发生明显冻胀，冻结 7 d 时冻胀量达到 3.45 mm。砂土经历冻胀后，大孔隙面积占比增加、中小微孔隙面积占比降低，孔隙数量占比变化趋势与面积占比相反，孔隙丰度值变化不大，孔隙定向角在各区间分布趋于更加均匀，孔隙定向概率熵整体呈震荡上升趋势，孔隙分形维数呈下降趋势。此外，利用灰色关联理论，建立了宏观参数冻胀量与平均孔径等微观参数之间的关联关系式，进一步揭示了水汽补给下砂土冻胀的微观机制。

近几年隧道工程向长大深、多场多相耦合方向发展，隧道在施工和运营时极易诱发结构失稳病害。针对山岭隧道、水下隧道和城市地铁隧道阐述隧道工程结构模型试验系统设计的研究现状，并指出目前存在的相关问题。结果表明：山岭隧道模型试验考虑了隧道穿越不良地质体，承受高地应力、高岩溶水压力和高地震动等荷载条件，但受装置尺寸限制，无法模拟围岩高地应力水平。山岭隧道模型试验以平面应变模型为主，缺乏大型真三维应力条件下多种错动形式的活化错动断层的模拟。水下隧道模型试验已实现稳定的高水压力加载，但仍无法实现应力场与渗流场耦合的真三维水下环境模拟且试验箱可视性较差，仅能通过洞口涌水量表征隧道的渗透水状态，无法得到围岩内部变形规律。城市地铁隧道运营时一般受列车动荷载、路面荷载、邻近施工扰动的共同影响，目前模型试验通常考虑单一荷载下隧道的振动响应，且往往忽视了管片接缝和裂隙等结构特征，需要设计新颖、高效的局部加载装置，得到管片薄弱环节的极限变形特征，保障地铁运营安全。最后，总结隧道工程模型试验遇到的瓶颈问题，提出需要研制透明相似材料改善模型内部可视化功能，针对高地应力条件下不良地质条件研制尺寸可拓展的三维静动耦合加载模型试验系统，并结合微型低功耗无线监测传感元件与三维可视化结果展示平台，建立适用于复杂环境中的隧道工程结构模型试验系统。

我国软岩工程涉及能源开采、水利、交通、国防等重要工程领域。随着我国能源开采逐渐向深部延伸以及交通、水利、隧洞等工程的发展，大量隧道、巷道需穿越软岩地层，高地应力、围岩破碎软弱等问题突出，软岩大变形灾害频频发生，造成重大安全隐患和经济损失。对我国现阶段软岩支护的研究进展做了系统的总结，从4个方面概括分析了软岩大变形灾害控制技术与方法的研究现状，包括：（1）以改进型刚性或可缩性支架、复合型衬砌为代表的被动支护方法；（2）以高强预应力锚杆、锚索为代表的增强型主动支护技术；（3）以注浆改性为主导思想的软岩改性技术；（4）让压技术；（5）多重改进方法联合支护技术。阐述了不同支护技术和方法的发展现状，分析了不同支护手段的适用条件、技术优势与不足。采用单一支护手段的改进通常难以满足软岩大变形控制的需求，如何实现不同支护措施之间的高效协同控制，以及实现对围岩变形应力场的实时精准监测等问题是目前我国软岩大变形灾害防控亟待解决的难题。最后，基于上述研究成果，分析了我国软岩大变形灾害控制技术的发展趋势并提出了建议。

定向钻技术起源于石油钻井工业，经多年发展已拓展至隧道工程地质勘察及灾害处置、煤矿底板含水层改造、蓄能电站抽水通道施工、市政管道铺设等多个领域。地面注浆技术结合定向钻长距离精准穿越的优势，可实现地下工程不良地质高效预加固与灾害安全处置，具有广阔的应用前景。系统综述了定向钻注装备技术的发展历程、研究现状和待突破关键技术。首先，介绍了定向钻与地面注浆技术的发展历程；其次从重大科研项目、学术论文、授权专利以及工程实践等方面进行了分析与总结。结果表明：我国现阶段定向钻注技术总体已达到自主化、实用化的国际先进水平，但在千米级长距离快速钻进、复杂地质条件精准导向、地下工程精准注浆处置等核心技术方面仍存在“卡脖子”难题。面向战略性重大工程建设需求，提出了超长距离定向钻注一体化装备“预报、钻进、注浆、检测”四大功能模块，围绕随钻感知预报、快速钻进与卡钻预测、精准导向技术、远距离凝胶可控注浆材料、稳压控制分段注浆工艺、随钻检测系统六方面，开展了分析与讨论，可为我国定向钻注一体化装备技术发展和地下工程灾害防控提供参考。 关 键 词：地下工程；定向钻；地面注浆；钻注一体化装备；注浆技术

为探索酸碱污染对天然黄土抗剪强度的影响，首先对原状黄土试样浸泡不同浓度的HCl和NaOH溶液，而后展开三轴强度试验、扫描电镜测试、压汞试验以及土体化学组成和液塑限的测定，研究酸碱污染作用对黄土抗剪强度、微观结构、化学成分和塑性的影响规律。结果表明：酸污染浓度增加，土体应力−应变曲线峰值衰减，抗剪强度劣化，黏聚力近指数趋势折减，内摩擦角相对稳定；碱污染浓度增加，土体应力−应变曲线峰值提升，抗剪强度增大，黏聚力增幅显著，内摩擦角略增；酸污染后，土体颗粒形态破碎，胶结物质溶解，颗粒与孔隙间界限模糊，骨架颗粒间孔隙、黏粒间孔隙含量及尺寸均增大；碱污染后，土体支架孔隙塌落，次生胶结均衡了局部损伤，补强了结构联结度，骨架颗粒间孔隙含量及尺寸均减小，黏粒间孔隙尺寸减小而含量增加；浸泡酸液后，土体内阳离子含量显著增加，碳酸钙含量急剧减少，液塑限均减小；浸泡碱液后，土体内Al³⁺略有增加，其余阳离子平缓减少，碳酸钙含量小幅增加，液塑限均增大。分析试验结果，归纳了酸碱污染黄土抗剪强度演化的微观机制：酸碱污染效应下，土体内矿物溶解、离子交换、颗粒及孔隙结构调整，驱动土体初始结构损伤，新生结构形成，这一综合效应对土体抗剪强度而言是优是劣，取决于初始结构的损伤与新生结构的形成哪个更占优势。

土体含水率监测的线热源法对加热功率要求较高，当热源强度不稳定时，监测结果容易受到影响。为了解决线热源法的不足，提出了土体含水率监测的移动点热源（point heat source，PHS）法。该方法利用土体热物性与含水率之间的相关性，通过监测土体中PHS的降温规律间接识别含水率。通过数值模拟研究了点热源在含水率均匀分布的土体中的传热规律，根据热源降温曲线的特征，定义了含水率判别指标η，进而建立了含水率与判别指标的拟合关系，并对监测灵敏度的影响因素进行了参数分析。在含水率非均匀分布的土体中开展了点热源降温规律的数值模拟，根据测点降温时程曲线计算含水率判别指标，并利用含水率与判别指标的拟合公式反演含水率分布。结果表明，点热源法反演得到的含水率分布与实际值吻合较好，验证了该方法的理论可行性。通过模型试验进一步验证了该方法的可行性。

降雨诱发滑坡是世界上最普遍的地质灾害，而关于降雨入渗对边坡的可靠度分析，优势入渗的影响被长期忽视。使用Comsol Multiphysics对降雨条件下优势入渗做数值求解，利用无限边坡模型计算边坡安全系数；并应用改进Cholesky分解法生成空间相关随机场，使用蒙特卡洛方法分析降雨过程中边坡的可靠度。结合确定性与可靠度计算对比均质入渗与优势入渗在降雨过程中边坡安全性变化：（1）降雨强度较低时，优势入渗安全性较好，而降雨强度较高时，均质入渗更稳定；（2）均质入渗中参数空间变异性是边坡失稳破坏的关键因素，而优势入渗的边坡失稳则由湿润峰快速推进所导致；（3）针对优势入渗模型研究，发现基质域与优势域水力交换强度较大时边坡有更大概率失稳，而较小的水力交换强度可能影响边坡底部的失稳破坏。

为探究脲酶诱导碳酸钙沉淀（enzyme induced carbonate precipitation，EICP）技术修复重金属污染土的环境耐久性，分别对EICP修复后的锌、铅污染土进行酸液浸泡、冻融试验和雨淋试验，探讨了EICP修复锌、铅污染土在不同环境条件下的耐久性及其影响规律。结果表明，在不同浓度、不同类型酸液条件下，EICP修复后的锌、铅污染土中可交换态和碳酸盐结合态的重金属离子浸出量随pH值降低，碳酸盐结合态含量降低，可交换态含量逐渐增加，且硫酸环境下的稳定性大于硝酸环境下的稳定性；随着冻融循环次数的增加，EICP修复后的锌、铅污染土中可交换态离子浸出量增加，碳酸盐结合态含量减少；在大雨条件下，Zn²⁺、Pb²⁺主要在前20 min内进行释放，并由上往下迁移；经EICP修复重金属污染土在酸液、冻融循环和雨淋条件下具有良好的耐久性。

水泥3D打印技术在土木建造工程和类岩石力学行为模拟中日渐推广，其水泥基3D打印材料方面却一直面临流动性、收缩性、可加工性等质量与成型控制方面的挑战和基础性配方缺乏的不足。首先针对水泥基3D打印实体质量评价的问题，建立了一套考虑成型全过程的6指标评估体系及其质量分级方法，包括流动性、挤出性、凝结时间、可建造性、密实性以及变形率，从打印过程、堆积成型、实体精度三方面实现对3D打印实体模型的质量评价；进而采用不同阈值范围的两阶段正交设计与打印测试进行了水泥基3D打印材料的基础性配合比试验优选，获得了一种综合打印性能较好的基础性配合比；最后对其打印成型水泥基3D实体模型进行单轴压缩试验，并评估了其类岩石力学特性，从而得到一种新型的类岩石水泥基3D打印基础性配合比，可为采用水泥基3D打印材料的工程建造和岩石工程物理模拟试验奠定基础。

现行规范计算基坑抗突涌稳定性采用压力平衡法，该方法未考虑上方土体强度和基坑尺寸的影响，对接近临界承压水压力情况的评价偏于保守。针对上述问题，首先根据强度折减原理定义安全系数，采用有效应力分析并考虑基坑被动区的存在，改进了已有的考虑土体四周抗剪强度抗突涌计算方法，并基于弹性板理论提出了新的基坑抗突涌计算方法；随后在平面应变条件下利用强度折减有限元计算结果进行了讨论，并进一步分析了基坑长宽比的影响；最后对工程实例进行了计算分析。分析表明，改进后和新提出的方法相较于现有方法能更好地说明基坑抗突涌稳定性随承压水压力的变化情况，在保证工程安全的前提下提高经济性。

基于连续介质模型并考虑桩-土运动相互作用，将单桩视为一维线弹性梁，研究了竖向入射S波作用下的单桩水平地震响应问题。将竖向入射S波模拟为基岩水平位移，基于平面应变模型建立的土体控制方程，推导出地震作用下土体水平动力阻抗函数表达式。将土体阻抗代入单桩控制方程并联立桩-土接触条件及桩顶和桩底的边界条件，得出了竖向入射S波作用下单桩的地震响应解析解。通过将所得解与已有文献理论解和有限元结果进行对比，验证了该方法的合理性。基于所得理论解进行参数分析得出：桩-土模量比的增加可以明显降低桩-土运动相互作用因子的最小值，而较大桩身长径比以及土体滞回阻尼对桩-土运动相互作用因子的影响较小；对于桩顶水平地震放大因子来说，桩-土模量比的增加仅在高共振频率处抑制其幅值，较大桩身长径比对其影响较小，而滞回阻尼比的增加会显著抑制共振频率处的幅值；桩身地震响应仅在较小桩径比时受桩-土模量比的影响明显，并随桩-土模量比的增加而降低。

复杂应力状态下泥质砂岩遇水软化，严重降低围岩承载力，导致围岩破坏范围和变形压力增大，严重威胁输水隧洞运行期安全。为此，以兰州水源地输水隧洞泥质砂岩为研究对象，开展了不同浸润时间下的三轴压缩试验研究。试验结果表明，随着浸润时间的延长，泥质砂岩岩样峰值强度和残余强度对围压的敏感程度逐渐降低，水在一定程度上降低了峰值强度和残余强度对围压的敏感程度；浸润前期，残余强度随浸润时间的降低速率明显小于峰值强度随浸润时间的降低速率，水对泥质砂岩岩样峰值强度的软化作用较为明显；泥质砂岩岩样的峰值强度、残余强度和弹性模量均随浸润时间的增长呈负指数关系减小；随着围压的升高，浸润时间对弹性模量的影响程度逐渐减弱，围压升高在一定程度上降低了水对泥质砂岩岩样弹性模量的软化作用。

以四川省西昌市的太和矿北采场边坡为研究对象，结合了现场地质调查与测绘、原位试验、室内试验以及数值模拟等多种研究方法，详细分析了滑坡的变形演化特征、成因机制以及降雨入渗条件下边坡的稳定性。研究表明：（1）2018年和2019年两次滑坡均发生在雨季，且随着雨季结束而再次稳定。（2）该滑坡的形成是多因素综合作用的结果，断层为滑坡形成提供了边界，是外在条件；辉绿岩绿泥石、蒙脱石含量高，遇水易软化崩解，是内在条件；矿山开采与降雨是诱发因素，开采形成超高边坡，并揭露了辉绿岩层，而雨水从坡表及断层入渗，对整个辉绿岩层侵蚀软化，在高势能作用下发生局部滑移，继而牵引至整体滑动。（3）降雨对边坡安全系数及破坏模式均产生较大影响，降雨前边坡稳定，潜在破坏模式为整体滑动；降雨5 d后边坡安全系数下降至0.842，在辉绿岩层发生两个台阶局部滑动；之后边坡安全系数继续降低，破坏范围进一步扩大，与实际情况相互印证。

土石混合体−基岩界面的抗剪强度是控制坡体稳定性的重要参数之一，是工程设计的重要参数。为探究块石尺寸对土石混合体−基岩界面剪切力学特性的影响，开展了含不同块石尺寸的土石混合体−基岩界面室内大型剪切试验。结果表明：接触界面的破坏模式受块石尺寸和法向压力的影响不显著，均表现为应变硬化特征；法向压力会削弱块石尺寸效应的影响；随块石尺寸增加，抗剪强度和抗剪强度指标（φ、c ）先增加后减少，既存在着正尺寸效应，又存在着负尺寸效应，尺寸效应对内摩擦角φ 的影响有限，整体在29º波动，而对表观黏聚力c 影响较大；不同块石尺寸试样在不同法向压力作用下均表现出了明显的剪缩行为，法向压力能够增强土石混合体的剪缩特性；土石混合体−基岩界面为薄弱的潜在滑移面，随着块石尺寸系数的增加，薄弱破坏面有向土石混合体内部转化的趋势。

颗粒破碎导致的级配演化对土体的物理力学性质有显著影响，掌握土体的颗粒破碎演化规律具有重要的现实意义。级配转移矩阵是一种可有效反映详细颗粒破碎过程的级配演化方法。为建立更接近多粒径组真实破碎情况的级配转移矩阵模型，对钙质砂开展了不同初始级配与相对密实度 D_r 的侧限压缩试验。将不同粒径组的钙质砂分别染成不同颜色，基于 PCAS 图像识别技术，探讨了在不同影响因素下颗粒破碎过程中多粒径组中各单粒径组的破碎情况。试验结果表明，较大粒径组的存在会促进较小粒径组的破碎，而较小粒径组的存在会抑制较大粒径组的破碎；多粒径组试样中各单粒径组的级配演化符合分形分布规律，且多粒径组中的各单粒径组的相对破碎率 B_ri 与单位体积输入功 W_in 呈线性关系。在此基础上，建立了多粒径组试样的级配转移矩阵的求解模型，试验结果表明，该方法能较好地预测不同级配试样的颗粒破碎演化规律，且该方法可以考虑试样中各单粒径组之间的相互影响，能得到较为详细、真实的颗粒破碎规律，为研究颗粒破碎问题提供了新思路。

承压水抽降是深基坑工程面临的主要难题之一。群井抽水试验是合理分析基坑工程承压水水位降深和地表沉降的主要手段，具有重要意义。以上海某航站楼区域大规模深基坑现场抽水试验为例，结合场地工程地质和水文地质条件，对群井抽水过程中承压水水位变化及地表沉降进行分析，探究承压水水位降深对地层压缩及地表沉降的影响规律。结果表明：300 m监测范围内，地面沉降最大值为104.9 mm，最大水位降深为 21.85 m，每米水位降深（即单位水位降深）引起的地面沉降量约为5 mm；⑦层的最大土层压缩量为68.4 mm，单位水位降深引起的压缩量约为 3 mm；单位水位降深引起的地面沉降量随距离增加有减小的趋势，距离中心40～310 m范围内，单位水位降深引起的地面沉降量为4.22～1.17 mm。

海底沉积物中气体通常以不连续的气相存在于海床土体中，既有理论研究较少考虑含气海床环境，波浪动压力引起的渗透力导致隧道衬砌附加变形也较少见之于文献。首先，通过Biot固结方程获得了气−水混合流控制方程，结合适用于浅水区的Stokes二阶非线性波浪理论获得了隧道衬砌周围的孔隙水压响应；其次，采用叠加法分别考虑了由波浪引起的海床土体内振荡孔压和累积孔压，并以衬砌周围可能出现的最大孔隙水压及渗透力作为最不利荷载工况，结合指数衰减模型描述衬砌劣化效应，获得了考虑波浪渗透力作用下隧道衬砌服役期间位移变化规律；最后，通过试验监测数据及数值模拟验证了本研究理论解析的准确性，通过对波浪周期、水深，海床剪切模量、海床含气量，隧道半径、埋深、衬砌劣化系数进行分析。结果表明：海床含气量增大能降低波浪压力向海床内部传播，并减弱超静孔压的累积效应；随着海床含气量逐渐增大，隧道衬砌周围孔压极值不断减小且出现相位滞后，隧道外渗透力、衬砌径向位移均随着海床含气量增加而明显降低；波浪周期增大、海水深度降低均能明显使海床表面的波浪压力增大，诱发隧道衬砌周围产生较大的渗透力，从而发生较大径向位移，小半径、浅埋深能够有效降低累积孔压造成的渗透力影响；当衬砌劣化系数相同时，含气量越低的海床内波浪引起的超静孔隙水压影响越显著，衬砌产生较大径向位移，不利于隧道的正常服役。

隧道拱顶塌方是一个渐进性破坏的过程，为研究深埋隧道软弱围岩拱顶渐进性塌落特征，基于极限分析上限定理和非线性Hoek-Brown破坏准则，建立了深埋隧道三维渐进性塌落机制，推导了考虑孔隙水压力作用下的塌方全过程塌落体曲面解析解，绘制了拱顶渐进性塌落形态三维曲面图，分析了相关参数单一变化时塌落体形态特征以及不同孔隙水压力作用下各参数对塌落体重力和隧道支护力的影响规律。结果表明：表征岩体特征的无量纲参数、重度、孔隙水压力和岩体抗拉强度对渐进性塌方塌落体形态、重力和支护力有显著影响；深埋隧道围岩物理力学参数在渐进性塌方过程中逐渐减弱，主要体现为岩体强度随变形的发展逐渐衰减直至一个残余值，围岩强度的衰减情况和残余强度大小对塌落体重力和隧道支护力有一定影响。理论计算得到的隧道拱顶塌落形态与实际隧道工程F₃断层破碎带隧道拱顶塌方范围基本吻合，验证了理论计算结果对预测隧道拱顶渐进性塌方塌落体范围的适用性，研究成果可为软弱围岩深埋隧道施工设计及安全防护提供理论依据。

为探究扰动荷载与椭圆形洞室长轴的相对位置关系对冲击岩爆特征的影响机制，采用含椭圆形孔洞的长方体试样，在真三轴加载条件下，设置了扰动方向与椭圆长轴平行和垂直的两种位置关系，开展了椭圆形洞室冲击岩爆试验。结合录像装置，从岩爆弹射破坏过程、弹射速度、破坏模式及碎屑尺度几个方面讨论了椭圆形洞室冲击岩爆特征差异。试验结果表明，两种不同位置关系的试样岩爆过程相同，并且爆坑都呈现出 V 字型。扰动方向与椭圆长轴垂直的试样在初始破坏应力、岩爆破坏应力、岩爆弹射速度，爆坑尺寸、碎屑质量以及粗粒碎屑占比上均要小于扰动方向与椭圆长轴平行的试样。扰动方向与椭圆长轴垂直的试样的碎屑特征主要表现为薄片长条状。扰动方向与椭圆长轴平行的试样能明显提升洞室结构的承载力，但是岩爆现象更加剧烈，其碎屑特征主要表现为厚板状。

为探究节理岩体在压剪复合作用下的断裂力学行为与破坏机制，采用完整及非贯通节理花岗岩开展了剪切试验，从宏观力学特性、声发射信号特征、颗粒流细观演化规律等多角度进行解析，并提出了一种利用声发射信号特征及其关键信息点预判花岗岩剪切破坏的方法。研究结果表明：节理破坏了岩石完整性，降低了岩石的剪切刚度和峰值剪切强度；此外，节理的存在会影响裂纹的扩展路径和破坏模式，且这种影响会随着法向应力的增加而削弱。法向应力和节理对声发射特征点影响显著，声发射信号的缓慢增长及b值的持续下降可作为岩石剪切破坏的前兆特征；利用声发射信号特征及其关键信息点可以有效预判花岗岩的剪切失稳破坏过程。该研究成果为节理岩体剪切破坏机制分析及其稳定性预测提供了一定参考。

氢能是来源广泛且低碳清洁的能源，大力发展氢能产业是实现双碳目标和应对全球能源转型的重要举措。在氢能“制备―储存―运输―应用”全产业链中，储氢难问题长期制约着氢能产业高质量发展。盐穴储氢具有成本低、规模大、安全性高和储氢纯度高等突出优势，是未来氢能大规模储备的重要发展方向，也是我国能源低碳转型的重大战略需求。综合调研了我国制氢产业和氢能消费现状，分析了我国盐穴储氢的需求。调研了国外利用盐穴储存天然气和氢气的技术及工程现状，总结了我国盐穴储气库发展和建设历程。对比了利用盐穴储存天然气、氦气、压缩空气和氢气的异同点，提出我国盐穴储氢面临三大科技挑战：层状盐岩氢气渗透与生化反应、盐穴储氢库井筒完整性管控、储氢库群灾变孕育与防控。研究成果明确了我国氢气储备需求的快速增长趋势和大规模盐穴储氢的重点攻关方向。

对消落带劣化岩体及水库诱发地震共同影响下三峡库区某典型危岩边坡的稳定性进行了研究，设计并开展了几何相似比为1:100的振动台模型试验，探讨了含消落带劣化岩体的危岩边坡动力累积损伤—失稳破坏演化全过程及其动力响应规律。研究表明：含消落带劣化岩体的危岩边坡动力累积损伤—失稳破坏全过程可归结为坡体内部损伤累积—裂隙发育—次级节理与深大裂隙贯通—失稳倾倒，同时伴随消落带岩体表层松动—掉落—破坏及内部出现渗流网—形成渗流通道—形成“凹腔”的复合破坏模式；随着地震动的持续，危岩体内部动力响应规律具有典型的“趋高”及“趋表”效应，危岩边坡表面累积位移不断增加，消落带处孔隙水压力整体增加，危岩边坡内部水平向及竖直向土压力在全阶段中整体均呈先增大后减小的规律；危岩边坡自振频率及阻尼比在全阶段整体呈减小和增加的趋势；在小震结束前阶段及强震阶段，危岩边坡损伤度曲线分别呈“S”型分布和指数型分布

含砂岩石是发生突水溃砂灾害前在高位关键层形成的特殊岩石，其强度与力学性质均与普通岩石不同，决定着高位关键层的稳定性。研究发现：不同裂隙角的裂隙岩石与含砂岩石具有不同的特征应力，且随着裂隙角的增加，裂隙岩石与含砂岩石的起裂应力、损伤应力和峰值应力均增加，双峰应力先增加后减小。相同裂隙角下的含砂岩石各特征应力均小于裂隙岩石，说明砂体对岩石特征应力具有弱化效应。从破坏形态来看，裂隙岩石易呈现翼形拉伸裂隙，含砂岩石在低裂隙角（30º）条件下形成拉伸裂隙，高裂隙角（60º）条件下易形成剪切裂隙，表明砂体进入岩石裂隙后对岩石具有剪切效应。同时建立了充砂力学模型，指出了含砂岩石强度小于裂隙岩石的原因是砂体降低了岩石的摩擦系数。根据声发射累计振铃计数定义了岩石损伤量并分析了含砂岩石致灾机制，现场溃砂灾害可分为4个阶段：弹性变形阶段、裂隙扩展阶段、蓄砂储能阶段、溃砂释能阶段。最后利用PFC^2D验证了裂隙岩石与含砂岩石的差异性，分析了不同类型岩石的能量演化规律。研究结果可作为煤矿顶板突水溃砂现象的前兆信息识别，有助于指导突水溃砂工作面的安全生产。

废旧轮胎胎面挡土墙是一种有效利用废旧轮胎的理想途径，但直立的模块式废旧轮胎胎面挡土墙不能承受高强度的地震作用，因而提出格栅条带式加筋的方法提高其抗震性能。根据土−结构动力相似体系，设计格栅条带式加筋废旧轮胎胎面挡土墙振动台试验模型，考虑地震强度、地震波、格栅加筋长度、格栅加筋间距以及墙面坡度的影响，分析胎面墙体与回填料加速度、墙体侧向位移、墙顶表面回填料沉降以及墙背动土压力等地震响应特征，并与无加筋的废旧轮胎胎面挡土墙的振动台模型试验进行对比。研究结果表明：格栅条带式加筋胎面挡土墙的方式显著改善了无加筋状态的胎面挡土墙的地震响应特征，提高了胎面挡土墙的抗震性能，格栅条带式加筋直立式废旧轮胎胎面挡土墙可以作为理想的墙体进行工程推广应用。

盐岩具有较好的蠕变特性和损伤自恢复性，被公认为储能或油气储备的理想介质。对盐岩复杂力学行为进行准确表征和预测是保障盐穴地下空间利用工程安全性的基础。通过定义硬化参量等特征因子，建立了新的能够考虑复杂加卸载路径的盐岩蠕变疲劳本构模型。基于盐岩变形位错机制，引入双曲线阻尼元件，作为表征岩石硬化程度的状态变量；通过硬化参量的演化，考虑加卸载历史对盐岩变形行为的影响。借鉴经典Norton模型的应力-应变关系建立蠕变疲劳本构的基本框架关系。通过引入裂隙扩展因子，假设初始形核长度，考虑材料的断裂韧度，修正邻近破坏阶段（加速变形阶段）的应力-应变关系。该模型能够很好地预测常规蠕变、循环加卸载、下限间隔循环加卸载、梯形波蠕变循环加卸载等常见复杂加卸载路径下的塑性变形特征，且能够较好地表征恒荷载蠕变与循环加卸载之间的相互影响。新的蠕变疲劳本构模型中大部分参数具有较为明确物理意义，参数a表征盐岩稳态变形阶段应力与变形率的关系因子，参数b为确定盐岩第一阶段减速变形阶段的关系因子，参数d₀ 和 μ_d 分别表示初始裂纹形核量和裂隙扩展速率因子，共同修正模型临界破坏阶段的应力-应变关系。

寒区岩体在裂隙水冻胀作用的影响下发生损伤劣化，严重威胁寒区工程建设安全。针对孔隙率不同的绿砂岩、红砂岩和花岗岩开展了饱水裂隙岩石的冻融循环试验，分析了不同裂隙长度、裂隙宽度和岩性的岩石在冻融循环过程中随时间和温度变化的变形规律，得到了饱水裂隙岩石冻融变形特征值的变化特征，探究裂隙长度、裂隙宽度及岩性对冻融应变特征值的影响，分析了裂隙岩石冻融变形特性和破坏机制。试验结果表明：（1）不同裂隙几何参数岩石冻融应变变化过程可分为7个阶段：冷缩阶段、冻胀阶段、冻胀趋稳阶段、热胀阶段、融缩阶段、融缩回弹阶段和融缩趋稳阶段；（2）饱水裂隙岩石冻融应变随温度变化的曲线为不能闭合的滞回环，出现“冻融滞回”现象，且随冻融次数增加，滞回环逐渐上移，残余应变逐渐增加；（3）饱水裂隙岩石冻融应变特征值包括最大应变、残余应变、冻胀幅值和融缩幅值，且应变特征值与裂隙长度、裂隙宽度和岩体岩性相关，裂隙岩石冻融破坏是残余应变逐渐累积的过程。

基桩穿越大型溶洞时可能发生屈曲失稳，屈曲临界荷载即为基桩极限承载力。针对岩溶区穿越单层溶洞基桩屈曲问题，依据能量法原理建立了穿越单层溶洞基桩总势能方程。根据基桩屈曲的突变特性，引入尖点突变理论，建立了基桩在顶部弹嵌、底部嵌固情况下失稳的尖点突变模型，导出了该体系的分岔集方程，进而通过分析其失稳条件，提出了穿越单层溶洞基桩屈曲临界荷载计算方法。为验证理论方法的合理性，进行了基桩穿越不同高度溶洞的室内模型试验，研究表明：（1）基桩主要发生桩身压缩破坏和屈曲破坏，洞高小于6 d 时基桩发生材料压缩破坏，洞高大于等于6 d 时基桩发生屈曲，位移最大点位于临空段的中点；（2）基桩屈曲临界荷载随洞高增大呈线性减小，理论方法适用于基桩发生屈曲的情况，且与试验结果吻合较好；（3）洞高越小、顶板越厚、基桩弹性模量越大、桩−岩界面越粗糙，则基桩屈曲临界荷载越大，反之则越小。

为了研究注浆体在荷载作用下裂隙动态演化过程，以级配砂砾注浆试块为研究对象，利用 CT 扫描系统对其单轴压缩破坏过程进行阶段性扫描。通过图像重构技术实现注浆体试块内部裂隙结构空间可视化，定量表征裂隙数目和体积等结构特征参数；采用 Python 编程对 CT 切片的灰度值和分形维数进行计算，分析试块不同阶段的细观损伤程度。结果表明：整个压缩阶段，注浆体试块内部裂隙体积呈现缓慢上升−缓慢下降−缓慢上升−急速上升趋势，裂隙数目呈现先增大后减小的趋势；裂隙扩展遇到砂砾时，多为绕砾扩展，少数情况出现穿砾扩展，裂隙分叉扩展多发生在水泥基体与砂砾的界面处；按试块内部裂隙演化过程可将破坏分为4个阶段：初始缺陷扩张阶段、压密阶段、裂隙加速扩展阶段和裂隙贯通阶段；试块同一阶段同层切片的损伤变量与分形维数在数值上呈现一定的正相关性，与其裂隙体积演化趋势相似。研究成果可为深入研究注浆体失效过程及裂隙演化规律提供参考依据。

岩体裂隙粗糙程度对裂隙渗流特性的影响显著。利用三维光学扫描系统获取岩体裂隙面点云数据，结合SURFER和GEOMAGIC STUDIO等软件计算裂隙面节理粗糙度系数JRC和表面粗糙比率Rs，建立JRC与R_s的定量关系，开展应力、渗流和化学耦合作用下石灰岩裂隙渗流试验，研究JRC和R_s对粗糙裂隙渗流特性的影响。结果表明：JRC与R_s呈对数函数关系，其平方根R²为0.912 8，该表征公式与裂隙渗流试验结果最大相对误差MRE、平均绝对误差MAE和均方根误差RMSE分别为6.93%、0.34和0.27。JRC与渗流量、稳定期渗透率分别呈二次函数和对数函数关系，R_s和各参数的拟合关系与JRC相同。JRC值越大，渗流量和渗透率越小，且三场耦合作用下裂隙面JRC和R_s值均有所增大。该表征方法可用于岩体裂隙面粗糙度估算，由裂隙面JRC值可预测该裂隙渗流量和稳定时刻渗透率。

为准确获取原状Q3黄土的竖向和水平饱和渗透系数，进行了原位、室内试验测试以及数值模拟反演，并应用大型试坑浸水试验检验了所获饱和渗透系数的可靠性。进行了不同内径尺寸的原位双环入渗试验，获取了竖向饱和渗透系数，并应用室内试验测试了竖向和水平饱和渗透系数以及持水曲线；应用COMSOL软件对双环入渗试验进行数值模拟，检验了所测饱和渗透系数的可靠性，利用正交试验获得了最优的竖向和水平饱和渗透系数取值，并利用反演结果对试坑进行数值模拟，将其水分入渗情况与实测值对比。研究结果表明：在现场进行双环入渗试验时选取较大内径的双环获得的竖向饱和渗透系数更为合理。针对双环入渗试验，数值模拟反演所得最优饱和渗透系数在竖向上接近于原位试验所得竖向饱和渗透系数、水平向上接近室内所测水平向饱和渗透系数，竖向饱和渗透系数比水平向饱和渗透系数更加显著地影响水分入渗过程。通过对大型试坑水分入渗情况的验证，检验了反演所得最优饱和渗透系数的可靠性。

目前针对波浪作用下海底盾构隧道周围渗流场的既有理论研究一般将衬砌考虑为不透水介质，较少考虑隧道衬砌的渗透性，尤其是较少考虑海底斜坡地形下波浪非线性带来的影响。首先基于斜坡海床表面的动力边界条件，得到Stokes非线性波作用下自由海床的Biot固结孔压响应；其次，采用镜像法建立了由于隧道存在引起的砂土体摄动压力控制方程，并利用砂土与衬砌间渗流连续条件获得了该方程的Fourier级数展开解析解；接着，采用叠加原理得到了Stokes波作用下斜坡海床中隧道周围砂土的渗流压力响应解答；最后，将理论解析解与数值结果及已有的试验结果进行对比，获得了较好的一致性。此外，针对波浪敏感参数（波长、周期、形态）、海床敏感参数（海床渗透性、剪切模量、饱和度、坡度）及隧道敏感参数（衬砌厚度、渗透性、埋深）进行了影响因素分析。结果表明：随着波浪周期及波长增加，衬砌外超静孔压明显增加；随着水深沿斜坡方向减小，Airy波和Stokes波理论在适用范围内（d/L＞0.125，d为海水深度，L为波长），获得的波浪压力差异明显增加，前者会低估隧道周围的超静孔隙水压力；当海床渗透系数较大时（ks＞1×10−2 m/s），波长和海床饱和度的增加会造成衬砌外超静孔压增大，而海床剪切模量、海床坡度及隧道埋深的增加会造成衬砌外超静孔压减小，在坡度较大的斜坡海床中，隧道衬砌外超静孔压呈明显的非对称分布；当海床渗透系数较小时（ks＜1×10−4 m/s），隧道周围超静孔隙水压处于较低水平，其他敏感参数的影响不显著；当隧道衬砌渗透系数较小时（kt＜1×10−6 m/s），隧道对超静孔隙水压在砂土内传播的“阻挡”效应明显；当衬砌渗透系数较大时（kt＞1×10−4 m/s），隧道周围砂质海床内超静孔压较低；衬砌厚度对衬砌外超静孔压分布影响不显著。

为深入探究两淮矿区典型砂质泥岩劈裂注浆起裂机制，研制了常规三轴劈裂注浆试验装置，开展了类砂质泥岩浆压致裂起裂压力模型试验，基于试验结果分析了岩石强度与应力状态对注浆起裂压力、裂缝扩展形态影响规律，揭示了砂质泥岩劈裂注浆起裂机制。研究表明：起裂压力与岩石抗压强度呈正相关，且岩石抗压强度越高，劈裂路径越复杂；起裂压力对围压的敏感程度远高于轴压，且应力差 Δσ =σ _V −σ _H 越大，裂缝形态越规整；孔压三轴条件下，封闭裸孔段浆压致裂法确定的岩石抗拉强度值约为单轴抗拉强度的 2.5倍。该研究结果可为今后类似岩层劈裂注浆参数设计与施工提供参考。

滨海软土地区人工冻结工程中土体通常在一定围压下受到冻融作用进而力学性能发生改变，因此开展带围压冻融作用下土体力学特性研究具有重要意义。以天津滨海地区典型淤泥质土为研究对象，通过自主改进的温控应力路径仪，对比分析了常规无围压冻融和带围压冻融下淤泥质土力学特性差异，揭示了冻融围压、冷端温度、冻融循环次数对其超孔隙水压力、应力−应变曲线、强度及变形指标的影响，并通过电镜扫描试验揭示了冻融围压对其力学特性的影响机制。在此基础之上，采用指数函数建立了淤泥质土冻融循环作用下抗剪强度和弹性模量折减系数与上述因素的关系。结果表明：冻融围压降低了冻融后土体内孔隙大小和数量，能够在一定程度上减弱冻融对土体结构的破坏，但对其应力−应变曲线模式影响较小；随着冷端温度的降低和冻融循环次数的增加，冻融后土体强度和模量均大幅度降低；超孔隙水压力随冻融围压和冷端温度的升高及冻融次数的降低而降低。

岩体内部存在大量的裂隙，由于填充物的存在，在大多数情况下裂纹面是闭合的，受外力作用时会产生摩擦力，进而会影响到岩体裂隙的起裂模式和扩展行为。因此，为了研究闭合裂纹的起裂模式和扩展行为，用类岩石材料PMMA有机玻璃板制成含有闭合裂纹的预裂试样，在试样上进行单轴压缩试验，用数字图像相关系统（digital image correlation，简称DIC）记录并分析了闭合裂纹的起裂和扩展特征。另外，使用扩展有限元法（extended finite element method，简称XFEM）来模拟闭合裂纹的萌生和扩展，通过模拟得到了含闭合裂纹试样的破坏过程，并分析了闭合裂纹的起裂和扩展特征，与试验结果吻合良好，验证了数值模拟的有效性。在此基础上，引入裂纹倾角和裂纹面摩擦系数为变量，模拟研究了其对闭合裂纹起裂和扩展行为的作用机制。研究结果表明，裂纹闭合条件下产生的裂纹为翼型张拉裂纹。裂纹倾角和裂纹面摩擦系数对闭合裂纹的起裂模式和扩展行为有较大影响，裂纹倾角越大，起裂角越大；相反，裂纹面摩擦系数越大，起裂角越小。另外，裂纹面摩擦系数会对闭合裂纹的扩展产生抑制作用，且随着摩擦系数不断增大，抑制作用变得越来越显著，出现止裂现象。

Hashiguchi下加载面本构模型是国际上具有较大影响力的超固结土本构模型之一。因此，选取该模型进行理论和构建方法分析，并与UH模型进行对比。对比结果表明，Hashiguchi下加载面模型通过定义单一的数学公式来拟合超固结土内变量的变化规律，从而得到了超固结土应力−应变关系的公式；而统一硬化（unified hardening，简称UH）模型掌握了超固结土体的强度特性，因而能够更准确、合理地描述超固结土的应力−应变关系。相较于Hashiguchi下加载面本构模型，UH模型在理论上更为先进。同时，两个模型的试验预测与试验数据的对比也验证了UH模型在数值计算上的正确性与优越性。

既有用于基坑开挖引起下卧盾构隧道纵向变形计算的解析模型，往往将盾构隧道视为两端自由的无限长梁，限制了此类模型的适用范围。针对邻近车站（工作井）基坑开挖引起下卧盾构隧道纵向变形问题，将车站（工作井）―隧道连接节点对盾构隧道的约束视为一转动刚度为 K_θ 的旋转弹簧和一竖向链杆，建立了开挖卸荷作用下邻近车站（工作井）盾构隧道纵向变形分析的Winkler地基 - Timoshenko 梁模型，基于力法基本原理严格推导了解析模型的差分解。通过与一维弹性地基梁有限元数值解和邻近车站基坑开挖诱发下卧盾构隧道纵向变形的整体有限元计算结果的对比，验证了解析模型的可靠性和适用性。进一步的参数分析结果表明：车站（工作井）―隧道连接节点转动刚度 K_θ 对隧道纵向变形和内力具有显著影响，连接端处隧道内力随 K_θ的增大而非线性增大，而隧道横截面转角的变化却恰好相反，且车站（工作井）－隧道连接节点采用柔性连接时能更好地保障此节点处盾构隧道的工作性能；当基坑中心距车站－隧道连接节点的距离在4～5倍的基坑宽度（沿隧道轴向）范围内时，连接节点对隧道端部的约束效应不可忽略，应采用该模型进行盾构隧道纵向性能评价；上覆基坑开挖对下卧盾构隧道的影响主要集中在自基坑中心2倍基坑长度（横隧道轴向）以内。

矩张量反演理论是研究深部岩体破裂机制的有效手段，而监测台站/传感器校准对获取准确的矩张量结果十分重要。为求得更加准确的校准系数和矩张量结果，提出一种新的传感器校准方法——搜索校准法。将该方法和监测网校准法分别应用于加利福尼亚州北部的Geysers地热田微震监测数据中，并综合考虑不同震源机制参数、预设校准系数、噪声添加方式及噪声水平等因素的影响，进行两种校准方法有效性对比的理论计算和模拟分析。结果表明：两种校准方法均可通过微震监测数据获得稳定的校准系数，且校准后的震源成分及应力状态分布均更加集中；所有模拟工况下，两种校准方法均可有效降低矩张量反演误差；低噪声条件下，两种方法对应的矩张量反演误差较小且十分接近；混合噪声和高噪声条件下，搜索校准法的准确性和稳定性多优于监测网校准法；进而优选出Geysers地热田微震监测数据更加可靠的矩张量结果。研究思路和结论为微地震矩张量研究提供了进一步指导。

混凝土-花岗岩组合体属于工程中典型的二元材料，在三轴条件下表现出与单体不同的力学响应特性。对混凝土单体（concrete monomer，简称CM）、花岗岩单体（granite monomer，简称GM）、混凝土-花岗岩组合体（concrete-granite combined body，简称CGCB）进行不同围压下的准静态压缩试验，通过扫描电子显微镜（scanning electron microscope，简称SEM）观察CGCB破坏后断口和界面的微观结构，并利用RFPA模拟CGCB的破坏过程，揭示组合体试件的整体裂纹扩展和破坏机制。最后基于Mohr-Coulomb强度准则建立了组合体三轴抗压强度预测模型。结果表明：组合体的单（三）轴抗压强度与材料尺寸效应和界面约束效应有关；随围压增大，组合体破坏状态由单轴的“Y”型劈裂破坏转变为混凝土组分剪切破坏；数值模拟结果表明，不同围压条件下远离界面的混凝土和界面近区的花岗岩依次发生损伤，逐渐形成贯通剪切裂纹，导致花岗岩组分发生劈裂破坏；所构建的强度预测模型能和试验结果、数值模拟很好地对应，表明了模型的准确性。研究结果可为深部地下工程结构的开挖和支护提供科学依据。