压缩空气储能地下内衬硐库在运行时围岩面临多种复杂破坏模式，尤其在高压工况下易诱发拉伸与剪切破坏，严重威胁结构稳定性与运行安全。围绕双破坏机制耦合特征，建立了从开挖至运行全过程应力路径的围岩破坏区解析模型，分析了岩体等级、埋深、抗拉强度及地应力不等向性对破坏区演化规律的影响。研究结果表明，运行阶段的破坏模式受开挖后围岩初始力学状态调控：开挖后仍处于弹性状态的优质岩体，运行期可能同时发生高压拉伸与剪切破坏；而开挖后已形成剪切破坏区的较差岩体，运行期仅表现为该破坏区的扩展。当开挖破坏区小于高压破坏区时，增加埋深可有效抑制高压拉伸与剪切破坏区的扩展。高压拉伸破坏的发生会增加围岩整体破坏程度，但岩体仅需具备较低的抗拉强度便能抑制拉伸破坏区的发生，且其临界抗拉强度数值随埋深增加而降低。地应力不等向性会促使围岩在不同方向上形成多种类型的破坏区，随着不等向性增强，高压破坏发生的临界内压降低，抑制拉伸破坏所需的抗拉强度数值升高。

层状夹层盐岩腔体含有大量不溶沉渣，而当前缺乏系统利用沉渣储热能力的分析。因此，为探索耦合盐穴压缩空气储能与沉渣储热的可行性，基于Comsol Multiphysics平台构建了考虑沉渣多孔介质特性的热-流-固数值模型。首先，研究了不同沉渣含量下腔体在常规压缩空气储能工况下的热力响应，发现沉渣比热容降低了热空气对腔壁的热冲击；沉渣层垂直厚度超过30 m时可降低围岩温度波动，采气阶段温度波动小于0.5 ℃，注气阶段温度波动小于1 ℃。然后，构建了具有连通道的水平双腔模型，研究了储热工况下的温度场变化。储热模拟显示在运行过程中流出界面温度波动为[45 ℃, 55 ℃]，相比注入界面温度波动[30 ℃, 60 ℃]降低了66%；并且在3个注采周期后，研究发现沉渣温度在[49 ℃, 53 ℃]区间内周期变化，验证了将沉渣作为压缩空气储能系统地下储热模块的可行性。结果表明，沉渣热容量有助于洞壁稳定性，为在富含沉渣盐穴中开发压缩空气-储热综合利用系统提供参考。

围岩作为压缩空气储能地下储气库的主要承载结构，其在运行期间的应力与变形至关重要。然而，目前关于储气库围岩在长期循环膨胀动荷载作用下的弹塑性变形理论体系尚不完善，其从开挖至循环充放气全过程的应力路径尚不清晰。为此，基于储气库的受力特征，提出了从开挖到运行阶段围岩的弹塑性变形求解方法，并通过与商业软件FLAC3D数值模拟结果对比验证了其正确性。进一步，在设定计算方案下，从地质条件与运行条件两方面开展了围岩力学响应参数敏感性分析。主要结论如下：（1）阐明了储气库围岩不会发生持续向硐外扩容的机制，结果表明，在设定工况下围岩主要表现为向硐内的塑性累积变形，解决了长期困扰工程实践的储气库扩容问题；（2）揭示了从开挖至运行期间围岩应力路径始终位于高压与低压屈服线之间的变化规律；（3）建立了储气库围岩弹性运行压力区间的确定方法，该区间取决于黏聚力和内摩擦角，在此区间内运行可确保围岩处于弹性状态，不产生塑性变形，填补了储气库运行压力区间理论空白；（4）明确了围岩变形主要受最小与最大储气内压控制，同时充放气次数亦为重要影响因素。研究成果可为压缩空气储能电站的设计与建设提供理论依据。

在压气储能地下储气库中构建“膨润土-薄钢板”复合密封层结构，该密封层中膨润土吸水膨胀挤压薄钢板、薄钢板受压产生弹性反力约束膨润土膨胀，故膨润土属于恒刚度约束的膨胀行为。为模拟该行为，研制了功能齐全、操作方便、成本低廉的膨胀仪。仪器主要由底座、试样仓、活塞、恒刚度约束反力架、注水控制器、数据采集盒等组成。以团粒膨润土为研究对象，开展了验证性试验。结果表明，仪器可完整再现膨润土在恒刚度约束下的膨胀行为，与分级加载平衡法得到的试验结果相比，相同膨胀率下前者膨胀力普遍大于后者；而且，前者的试验结果更加符合真实情况。通过变换反力架的约束组合，该仪器还可用于模拟恒体积膨胀力、无荷膨胀率测试；同时，联合特制的高压加载系统（最大加载20 MPa），可开展膨润土膨胀后的加、卸载试验，研究储气库充、放气过程中膨润土变形行为，初步论证了“膨润土-薄钢板”复合密封层结构合理性，充分展示了该仪器的可靠性和可拓展性，体现了一机多用的功能优势。

地下压缩空气储能（compressed air energy storage，简称CAES）作为新型储能技术的重要分支，凭借其大规模、长时效、绿色环保等优势，正成为支撑新型电力系统的重要技术方向。然而，CAES地下工程普遍面临地质条件复杂、多物理场耦合显著与注采调控频繁等挑战，传统方法在建模精度与运行效率方面存在明显局限。近年来，人工智能（artificial intelligence，简称AI）技术凭借其强大的非线性建模与数据驱动能力，为地下CAES系统的选址识别、结构预测、智能运行与风险预警等提供了新思路。通过文献计量与知识图谱分析，系统梳理了AI在CAES地下工程领域的研究现状与典型应用案例，包括选址与地质建模、储能库智能建造、腔体稳定性预测、注采运行优化、多物理耦合建模与安全监测预警等方面，发现该方向当前仍处于起步阶段，缺乏系统性研究框架。在总结已有研究的基础上，进一步提出了物理引导建模、多源数据融合与智能平台集成等关键发展建议，以期为推动地下CAES工程的智能化发展与我国“双碳”目标的实现提供理论支撑与技术参考。

为深入掌握人工地下储气库反复循环高压作用下衬砌结构体系的服役性能，考虑岩体的长期损伤变形，采用数值模拟和物理模型试验方法，系统性地分析高压循环荷载作用下储气库可适应变形支护体系的受力变形演化过程，揭示人工地下储气库衬砌结构循环加卸压过程中变形与力学响应特性，验证灰岩、砂岩等中等硬度岩层中建造薄钢衬人工地下储气硐室设计思路的可行性。研究结果表明：提出采用“6 mm薄钢衬+波拱构造+橡胶填充+二次衬砌”的可适应变形支护体系设计方案可实现在循环荷载耦合作用下支护体系随围岩协调变形和传递内压荷载作用，具备吸收硐库内部高内压和密封能力。并在高内压循环荷载作用下，密封钢衬和环向钢筋的应力-应变时程曲线与加压时程曲线规律整体上协同响应呈阶梯上升状态，在0～6 MPa内钢衬应变增长较为迅速，应变值变化较大；在6～10 MPa内，随着压力不断增大应变增长值逐渐减小，且随着循环次数增加，钢衬应变值出现不同程度的增大，但均未超过钢衬的屈服应变2‰。而二次衬砌外环钢筋均比内环钢筋应力值大，在后期地下储气库设计时，可采用增大外环钢筋直径的不对称钢筋设计方案，提高衬砌整体承载能力。同时，研制的15 MPa级别水气压一体化循环加卸载储气硐室密封结构试验及监测系统将是进一步分析研究人工储气库衬砌结构的有力工具，相关成果可为后续中硬岩地层压缩空气人工地下储气库建造关键技术提供基础试验数据和有益参考。

作为深度融合CO₂地质封存与压缩气体储能的创新型能源技术，咸水层压缩CO₂储能通过将CO₂作为循环工质，同步实现大规模碳封存与电网级储能的双重收益，充分契合我国能源转型与“双碳”目标的发展需求，具有广阔的应用前景。然而，当前关于咸水层压缩CO₂储能的研究大多聚焦于地上系统的优化方面，而对决定整个工程成败的地下因素关注较少。为此，围绕咸水层压缩CO₂储能的关键地质力学问题展开综述，首先梳理了国内外各类压缩气体储能技术的发展现状，介绍了咸水层压缩CO₂储能系统的基本原理与工作特点；其次归纳了CO₂的热力学特性，点明了CO₂工质相比于空气的优势；然后阐述了储能系统地质体面临的关键地质力学问题，其中详细讨论了系统建设和运营期间CO₂-咸水-岩石之间的多场耦合作用机制及其可能引发的一系列稳定性和密封性问题，包括地层及地表变形、出砂、盖层疲劳与破裂、断层活化与诱震、盖层/断层密封机制以及泄漏模式等；最后总结了当前咸水层压缩CO₂储能研究中存在的不足和挑战，并针对性地提出了若干研究建议。

压缩空气储能电站地下硐库在充、放气循环过程中，硐内空气的温度、压力状态会持续变化。硐内空气状态的变化会影响到密封层、衬砌及硐库围岩的温度变化与结构变形。在硐库设计中，精准获得充、放气过程中硐库密封结构的受力和变形至关重要。考虑密封结构各层介质热物性的不同，可以提高密封结构受力和变形精度，还可分析硐库的储能特性。耦合硐库空气状态解析算法与硐壁多层介质热传导数值算法，可以得到硐库多层密封结构的温度分布，进一步得到密封结构各点的应力和应变。考虑硐壁热传导产生的能量损失，基于硐库内空气㶲的概念，计算了多次充、放气过程中地下硐库的能量回收率。研究发现，若将地下硐库建设在导热性能较好的围岩中，硐库内空气热量扩散快，硐壁各密封层温度分布较均匀，密封结构变形梯度小，更能适应极限的充、放气工况，但由于热量扩散快，硐库能量回收效率相对较低。反之，若将硐库建设在导热性能较差的围岩中，则会出现相反的状况。工程设计需要考虑密封结构热物性参数的差异所引起的硐库工作性状的差异。

由于混凝土干缩不可避免，压气储能人工硐室钢衬与混凝土衬砌之间会产生施工缝隙，给人工硐室的稳定性和密封性带来了巨大风险。为研究施工缝隙对压气储能人工硐室钢衬受力的影响，提出了通过等效表征参数将混凝土衬砌-围岩双层圆筒模型简化为等效单圆筒模型的分析方法，建立了可表征缝隙闭合前后两阶段钢衬受力特征的解析模型，该模型经数值模拟验证有效。基于该等效理论模型开展了不同气压、围岩弹性模量、围岩黏聚力、围岩内摩擦角及埋深等参数的敏感性分析，得到了不同参数条件下施工缝隙闭合前后钢衬受力的解析解及预环向应力占比。结果表明：缝隙宽度是影响钢衬预应力的关键因素，其值越大，注气缝隙闭合后钢衬所受环向应力及预环向应力占比越大；气压、围岩弹性模量、围岩黏聚力和储气库埋深等对压气储能储气库钢衬受力状况影响较大，而围岩内摩擦角对钢衬受力影响较小。在施工中需严格控制缝隙宽度，并在选址时优先考虑高围岩弹性模量、高围岩黏聚力及埋深较大的场址，保障储气上限在允许范围内，以从基础上保障储气库的长期运行安全。

在高内压循环作用下地下储气库衬砌易产生裂缝与渗透通道，密封层受力与裂缝控制问题尤为关键。基于有限-离散元方法（finite-discrete element method，简称FDEM），建立了连续-非连续的围岩-衬砌-密封层整体模型，系统研究了平钢板与波拱两类钢衬及预设缝设计参数对衬砌裂缝演化与密封性能的影响。结果表明，平钢板型密封层应力水平和裂缝数量较高，整体性差，预设缝改善衬砌开裂与密封结构受力作用有限；波拱型结构能显著降低峰值应力并改变裂缝分布，使得裂缝多集中在波拱底部，整体裂缝数量减少，但波拱处的裂缝开裂宽度更大。采用波拱+预设缝相结合的方案可进一步均匀化开裂，减少密封钢衬应力。随着波拱和预设缝数量增加，应力分布趋于均匀，裂缝扩展受控，但最大裂缝宽度呈先减后增趋势，钢衬应力模式由拉应力向弯-剪应力转变。当缝设于拱底时，裂缝可沿预设路径均匀扩展，并可结合防排水措施降低渗透风险。总体而言，波拱+预设缝复合设计在引导裂缝、释放应变和提升密封渗透性能方面具有显著优势，为储气库密封-衬砌协同优化设计提供参考。

压缩空气储能电站地下储气库断面形状关乎其受力状态，影响储气库的密封性和稳定性。目前普遍认为圆形断面受力最合理，但在不等向地应力条件下，圆形断面硐周环向应力受力不均匀，易诱发衬砌裂缝集中与局部渗漏。为此，在弹性力学框架下，围绕椭圆形断面储气库开展理论与数值研究。首先，从弹性力学下椭圆形断面受力状态出发，提出气密性保障的判据，给出椭圆形断面的最佳轴比解析解；其次，提出了不等向地应力条件下的储气库稳定性保障判据，建立椭圆形断面运行压力区间的判别方法，并与圆形断面情形进行对比；进一步，结合FLAC3D数值模拟开展参数敏感性分析，评估不同因素对椭圆形断面储气库最佳轴比及运行压力区间的影响；最后，整合形成最佳轴比-压力区间的一体化计算流程。研究结果表明：（1）在不等向地应力条件下，椭圆断面按照最佳轴比设计可使得硐周环向应力处处相等；（2）椭圆形断面储气库按照最佳轴比设计时，压力运行区间最大；（3）侧压力系数、地应力和储气内压是影响椭圆形断面储气库最佳轴比的主要因素；（4）侧压力系数和地应力是影响椭圆形断面储气库运行压力区间的主要因素。该研究成果可为储气库椭圆形断面设计及其运行压力区间提供参考。

压缩空气储能洞室的埋深问题影响前期选址及整体稳定性评价，是人工储气洞室设计的关键环节。为研究压缩空气储能电站地下储气洞室群的抗抬破坏模式，基于单洞极限平衡法提出了考虑岩体摩擦力、黏聚力及临近洞室影响的群洞锥体破坏模型。引入等效滑移面与等效滑移面倾角ω 参数，通过中间块体与边侧块体作用力 E_a 相等建立控制方程求解等效滑移面倾角ω，从而推导安全埋深。研究结果表明：考虑临近洞室影响的群洞模型埋深计算结果相较单洞模型略有增加，群洞模型更接近实际受力，计算更加合理。为研究群洞模型对设计参数的响应特性，系统分析了黏聚力、地应力侧压系数、洞径以及洞室间距对埋深的影响，分析结果表明：埋深与黏聚力呈负相关，与地应力侧压系数呈正相关；埋深随洞径的增大而增大，但小洞径的群洞效应更显著；埋深随相邻洞室间距的增大而减小，对于常规压缩空气储能洞室（洞径范围8～15 m），当相邻洞室间距大于4倍洞径时，群洞效应可忽略不计。

为了减轻可再生能源对电网稳定性的冲击，需发展储能。作为一种大规模长时储能方式，压缩空气储能受到广泛关注，并很快成为当前的研发热点。对于隧道式人工硐库，尤其是直线型隧道式储气库，充气阶段硐库末端低速气体与进气端高速低温来流热交换少，难以及时散热，致使硐库进气端与末端温差逐渐增加。然而，过高的温差会影响硐库密封材料的耐久性，不利于密封结构受力，需采取必要的措施。基于伯努利效应，提出在硐库中心位置增设温控管的方案，通过调整硐库内空气流线，增强来流高速冷空气与库存低速热空气的混合，实现了空气在硐库的内循环。在优化温控方案参数后，可以有效降低硐库空气温差。结果显示，最优方案能够将地下硐库的温差控制在80 ℃，具有较高的实用价值和研发空间。

随着内压逐步增大，隧道式硬岩储气硐围岩将经历硐壁初始起裂、裂缝拓展、储气硐破坏3个过程，初始起裂由硐壁处围岩剪切或拉伸破坏导致，受岩体抗剪强度与拉伸强度控制。利用FLAC2D数值分析软件，基于摩尔-库仑准则，在考虑初始应力场的条件下，对硐壁的起裂点的位置与起裂压力进行了分析。结果表明：当数值模型尺寸的侧向边界间距≥15D、下侧边界间距≥10D 时（D为硐径），可以忽略边界对计算结果的影响；围岩的侧压力系数k与储气硐埋深H对起裂角α 影响显著，起裂角特征曲线表现为指数曲线型与水平直线型两种型式；侧压系数k、埋深H、抗剪强度参数（c、φ ）、抗拉强度 R_t 等均对起裂压力P₀有显著影响，起裂压力特征曲线表现为折线型。基于弹性理论解析算法，推导了起裂压力与起裂角的解析计算公式，其中起裂压力的解析公式结果与数值解法吻合较好，由于没有考虑上覆岩体的有限边界条件，解析公式求得的起裂角在k= 0.95～1.2时与数值结果存在一定差距。

在大力发展新能源背景下，储能日益成为重要的战略手段。含水层压缩空气储能（compressed air energy storage in aquifers，简称CAESA）作为一种新型储能技术，因具有分布广、规模大等优势正受到关注，在勘探开发程度较高的油区含水层开展压缩空气储能具有更显著的优势。CAESA中，盖层系统的密封性控制着储库容量和安全性。充分挖掘盖层系统的封闭潜力需要依靠定量评价指标。针对该类工程特征，提出了一种最大封闭压力模型（P_max）作为盖层（单元）封闭能力的定义，并通过数学建模给出了具体的确定方法。该模型可包容各类封闭机制，同时首次从数学物理上解释了盖层厚度的封闭机制。该指标可以作为选址阶段度量盖层封闭性的单一主控指标使用。以该指标为基础，结合系统的短板原理，定义了适用于整个盖层系统封闭性度量的盖层安全封闭压力指标P_safe，并给出了计算方法流程，可以在工程开发设计阶段采用。以中国石化胜利油田规划建设的KD642-7示范工程应用为例初步印证了该模型的合理性。

采用分段线性差分法，建立了饱和土竖井地基真空预压联合加热大变形非线性固结模型RVTCS。该模型将土层径向热传导与大变形热固结相耦合，可以考虑固结过程中土体热应力和热膨胀、土体自重、径向和竖向渗流、时间相关的热源温度、非线性压缩性和渗透性关系、回弹再压缩效应，具有分析真空预压联合加热各种组合下的大变形热固结问题的能力。采用现有大型真空预压联合加热固结试验对该模型进行验证，沉降量的RVTCS数值解与室内试验结果吻合较好。通过算例分析，深入研究了不同组合工况下超静孔压、沉降量、固结度和温度的变化规律，真空预压联合加热能够显著提高土体的沉降量和固结速率。

锚固系统的抗拉拔性能是评估其岩体加固效果的关键指标。然而，作为应用最广泛的研究方法，现有拉拔试验在模拟实际岩体刚度、揭示径向力学响应及分析破坏模式等方面仍存在不足。为解决这些问题，设计了铝套筒与岩石组合体以模拟软岩环境，并开展了软岩环境刚度下锚固系统的拉拔试验。试验结果表明：在软岩环境中，锚固系统的破坏模式主要分为岩石胀裂型破坏和岩石未裂型破坏，其拉拔荷载曲线分别呈现峰后骤降型和峰后缓降型特征；径向应力与破坏模式之间存在显著关联性，岩石胀裂型破坏的径向应力峰值分布在4～10 MPa区间，而岩石未裂型破坏的径向应力峰值则为2～4 MPa；此外，锚固长度对峰值荷载的影响最为显著，而锚固长度和砂浆强度则是影响锚固系统破坏模式的主要因素。

为推动城市固体废弃物资源化利用进程，对工业废渣-水泥流态固化盾构渣土性能及配合比进行了研究。利用高炉矿渣、电石渣、磷石膏、稻壳灰、粉煤灰和硅灰等工业废渣与水泥联合处理盾构渣土制备流态固化土试样，探讨了水灰比、灰土比、工业废渣种类及替代率对试样流动度、收缩变形和强度的影响规律。结果表明：试样流动度由水灰比和灰土比决定，随着粉煤灰替代率增加，流动度逐渐增加，随着其他工业废渣替代率增加，流动度逐渐降低，降低幅度排序为硅灰>稻壳灰>磷石膏>矿渣>电石渣；试样收缩变形主要发生在3～28 d内，工业废渣替代水泥后显著降低了试样收缩率；试样强度取决于水灰比和灰土比，低水灰比增加试样后期强度，高灰土比提升试样早期强度，工业废渣中高炉矿渣与磷石膏促进后期强度发展。最后，基于净浆流变和强度发展理论提出了流态固化土配合比设计方法，可为后续施工提供参考。

未来月球基地建设倡导全部利用月球物质资源的模式进行月面建造。将月面纳米级材料氧化石墨烯（graphene oxide，简称GO）和纳米SiO₂（nano-SiO₂，简称NS）以球磨分散和超声分散方式添加到模拟月壤地聚合物中制备模拟月壤地聚合物纳米复合材料（lunar regolith simulant geopolymer nanocomposites，简称LRSGN），研究其在月球高温养护环境下的力学性能，通过数字图像相关（digital image correlation，简称DIC）技术分析表面裂纹变形和应变演化分布特征，利用X射线衍射仪（X-ray diffraction，简称XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（Fourier transform infrared spectrometer，简称FTIR）、压汞法（mercury intrusion porosimetry，简称MIP）和扫描电子显微镜（scanning electron microscope，简称SEM）表征微观结构演化。试验结果表明：掺入GO和NS显著提高LRSGN的力学性能，其最佳掺量分别为0.08%和1%；将GO和NS以超声分散方式掺入模拟月壤中，与对照组相比，试样28 d抗压强度的最大值增加了93%、145%，劈裂抗拉强度的最大值增加了123%、219%，抗折强度的最大值增加了64%、144%，其力学性能的增强效果远优于球磨分散方式；适量掺入GO和NS也会延缓LRSGN局部应变集中带的形成，最大主应变均在试样表面裂缝处，并以局部应变集中带的形式出现。微观结构结果表明：GO和NS具有成核效应、填充效应、尺寸效应和架桥效应，促进了体系中地聚合反应，改善了内部原有孔隙特征，从而提高了试样力学性能；但随着GO和NS掺量不断增加，纳米材料会发生团聚效应，不利于LRSGN强度发展。研究结果为月基工程材料选择与结构设计提供重要的理论依据和试验参考。

尾矿砂非均质性堆积结构严重威胁尾矿库的安全稳定运行，但现有冻融循环作用导致尾矿砂非均质堆积体力学性能退化分析较少。基于三轴压缩试验、核磁试验对冻融循环作用下尾矿砂非均质堆积结构宏观力学性能、细观孔隙演化进行分析。结果表明：随着冻融循环次数增加，不同界面倾角试件抗剪强度均明显降低，降幅与倾角大小呈正相关；低围压下，倾角较大的试件应力-应变曲线表现为应变软化；冻融循环作用下，粗砂、细砂及各倾角试件变形模式可归纳为剪胀、剪胀-收缩并存，破坏模式为横向断裂；冻融循环导致尾矿砂试件孔隙水发生“迁移积累”作用，而不同粒径尾矿砂堆积界面结构可大幅缩短“迁移积累”周期，表现为更剧烈的小孔隙连通与大孔隙塌陷现象；围压对尾矿砂起到强化作用，可放大冻融循环对尾矿砂强度劣化的影响；小颗粒对下层孔隙空间的填充作用，导致界面处尾矿砂强度增加，界面上方小颗粒处为弱结构面，更易出现结构劣化特征。该研究结果可为冻融作用下砂、土体力学性能退化提供宏-细观角度参考。

从非饱和土孔隙水的平衡微分方程出发，突破了传统以达西定律为预设条件的经验模型框架，由孔隙水的平衡微分方程推导出非饱和土渗流的运动方程。通过引入层流渗流时孔隙水的流动阻力与流速成正比的条件，建立了渗透系数的理论公式，揭示了渗流动力学中土-水作用机制的物理本质。为验证理论模型，采用改进的土-水特征曲线-渗透系数联合测定仪，采用多步渗流法对多种土类进行渗流试验，同步获取瞬态渗流速度及含水率参数。试验结果表明：理论公式计算的渗流速度与实测数据在有效饱和度变化范围内高度吻合，初步验证了所推导的非饱和土渗流的运动方程的适用性。

为揭示超低摩擦型冲击地压发生机制，以深部煤岩体为研究对象，首先采用自主研制的超低摩擦试验装置在实验室模拟了超低摩擦型冲击地压灾害，并利用高速相机、声发射等设备记录了煤层断裂及超低摩擦滑移失稳挤压巷道动态变化过程。结合试验结果和工程实例建立了超低摩擦型冲击地压力学模型，并基于能量准则给出了超低摩擦型冲击地压能量判据。以煤岩界面摩擦力、竖向位移差、断裂煤层长度为指标，对刚度、阻尼、扰动振幅、频率、模量比等参数进行了分析。研究结果表明：增大结构面刚度系数或阻尼系数，可减少超低摩擦型冲击地压发生的可能性，或降低其强度；扰动幅值越大，煤层越容易发生超低摩擦滑动；相比于其他扰动频率，当频率为14～16 Hz时煤层更易发生超低摩擦滑动；煤岩界面摩擦特性较为相近的情况下，模量比越大，煤层断裂位置越靠近巷道，断裂煤层越容易发生超低摩擦滑动。该研究结果对冲击地压的预测和防治具有重要意义。

针对传统微生物诱导碳酸钙沉淀（microbially induced calcium carbonate precipitation，简称MICP）技术依赖外源菌种、成本高昂及黄土适用性差等问题，本研究在胶结液中引入环保型木质素磺酸钙代替传统钙源，通过单因素与响应面Box- Behnken设计试验优化营养物质酵母提取物（yeast extract，简称YE）、NH₄Cl、尿素与钙源浓度，靶向激活土著产脲酶微生物固化黄土，结合生物活性监测、无侧限抗压强度试验、碳酸钙生成量测定、扫描电镜（scanning electron microscope，简称SEM）、X射线衍射（X-ray diffraction，简称XRD）及高通量测序技术，系统揭示固化机制。结果表明：优化后的营养物质浓度为YE浓度1.2 g/L、NH₄Cl浓度125 mmol/L、尿素与钙源浓度0.8 mol/L；优化组的脲酶活性、pH值和活菌数在反应120 h时达到峰值，显著促进了碳酸钙的沉积；优化组的无侧限抗压强度、割线模量和碳酸钙含量较空白组（素黄土）分别提高了131.42%、194.32%和734.65%；反应生成的针状/棒状碳酸钙晶体通过填充-桥接-胶结作用显著提升了土体的强度和密实度；优化组中芽孢杆菌目（Bacillales）相对丰度达到93%，土体中微生物群落的丰富程度和组成结构发生了改变。研究结果可为靶向激活技术在黄土地区的工程应用提供参考。

水热参数本构关系的精确获取是多场耦合研究的核心前提。然而，由于其多尺度的影响因素和高度非线性的响应模式，模型难以准确刻画因素间耦合效应、传热路径和传输机制，建立可靠的参数模型面临着诸多挑战。提出了一种融合先验物理知识与可解性分析的水热参数集成学习模型（physics-informed ensemble learning，简称PIEL）。以土体导热系数为范例，综合评估PIEL模型输出结果的精度、鲁棒性和物理一致性，并结合沙普利加性解释（Shapley additive explanations，简称SHAP）与部分依赖图（partial dependence plots，简称PDPs）可视化PIEL模型决策过程的敏感性、响应模式和耦合效应。结果表明：集成学习模型精确捕捉了导热系数复杂的非线性耦合关系，预测精度较传统模型提升至3～6倍；融合先验传热知识的PIEL模型有效避免了纯数据驱动模型违背物理规律的输出，决策结果的物理一致性显著提升。采用麻雀搜索算法优化的融合知识的极端梯度提升模型（physics-informed extreme gradient boosting，简称PXGBoost），展现出最佳的精度和鲁棒性；SHAP和PDPs可视化的敏感性、响应模式和耦合效应与先验传热知识基本吻合，验证了PIEL决策过程的物理一致性。基于累计SHAP值识别的最优预测因子显著优于传统参数分析，构建的简化模型的计算效率和精度更高。融合先验物理知识和可解性分析的PIEL模型可为岩土参数预测提供一种有效途径，也为人工智能赋能的水热模拟提供支持。

迹线是节理与岩体临空面相交形成的空间曲线，其几何形态直接反映岩体的结构特征。因此，快速准确地提取迹线信息具有重要的理论意义和工程价值。目前，基于空间点云数据的迹线提取多基于曲率开展，较少考虑点云的色彩信息，加之空间点云数量庞大，精度与效率均不理想。鉴于此，提出了一种新的基于降维投影的迹线提取方法（a new trace line extraction method based on dimensionality reduction projection，简称NTDR）。该方法将三维点云保形投影到二维平面，基于二维点云颜色信息进行高效边缘检测，结合三维点云的曲率及距离等几何特征进行聚类连线，实现了节理迹线的自动提取。研究表明：（1）相比于人工提取方法，NTDR处理大规模点云数据的时间节省了约91.07%，大幅提升了提取效率；（2）NTDR提取的迹线与人工提取相比，重合率达90.42%，且局部细节更多，在效果、精度上具有优越性；（3）NTDR在20%的噪点干扰下能保持80%以上的识别正确率，受噪点影响小；（4）相比于同类自动化迹线提取方法，NTDR在提取效果上有优势，更符合岩体实际的迹线分布情况。该方法可提升地质灾害预测效率，为隧道支护设计及工程安全评估提供数据支撑。

为了研究岩石裂隙中的渗流传热耦合作用机制，基于物理信息神经网络方法，将表征流体渗流流动的Navier-Stokes方程与传热过程的对流-扩散方程作为物理约束嵌入神经网络的训练过程，并引入温度依赖的运动黏度动态反馈机制建立了模拟流体渗流流动与传热过程耦合作用的数值计算模型。结合经典Poiseuille流传热问题，验证了计算模型的准确性，并与有限元计算结果对比，证明了其在处理不规则几何边界问题时的稳定性。最后，研究了流体运动黏度、渗流流速（水力梯度、裂隙开度、壁面粗糙程度等）和裂隙壁面温度等因素对流体渗流传热耦合作用机制的影响。研究结果表明：若考虑温度对流体运动黏度的影响，则裂隙中心区最大流速从0.53 mm/s提升至1.92 mm/s，增大了262.3%。流速差异进一步影响温度场分布，导致裂隙中心温度从160.1 ℃下降至110.2 ℃，降低了31.2%。水力梯度从1 Pa/m增加至4 Pa/m的过程中，对流热通量峰值显著增大，且增幅远高于扩散热通量，导致核心区流体温度下降了42.3%。裂隙开度增加引起的流速提升能够有效削弱边界层厚度，显著增强传热效率。裂隙壁面分形维数增加，使得流动阻力增大，有利于裂隙通道的热传递，导致裂隙出口处流体温度提高。当裂隙壁面温度从100 ℃升至200 ℃时，流体运动黏度峰值降低了55.7%，渗流流速峰值增幅达126.7%，核心区温差增大了372.4%。

微生物诱导碳酸钙沉淀（microbially induced carbonate precipitation，简称MICP）技术因其环境友好性和高效性在铀尾矿库加固领域展现出广阔的应用前景，但加固体的非均质性制约了其工程适用性。为探究MICP处理后铀尾砂强度异质特征，首先通过响应面试验方法研究了注浆参数对加固体强度及其离散性的影响，然后通过对单一注浆参数下宏观强度的拟合确定了加固体强度的分布规律，最后基于碳酸钙含量与分布测试、扫描电子显微镜-能谱仪（scanning electron microscopy – energy dispersive spectroscopy，简称SEM-EDS）测试及加固体宏观破坏特征等测试结果分析了其强度特性与破坏机制，提出了基于Beta分布的加固参数随机化离散元建模方法，并基于分布特征构造了反映宏观加固效果的胶结状态指标。结果表明：（1）当胶结液浓度为1 mol/L、pH=7时加固效果最优，较高胶结液浓度（≥0.9 mol/L）、与低pH值（≤7）环境可显著提升加固效果；（2）加固体强度呈右偏态分布，Weibull分布（AD=0.773）与对数正态分布（AD=0.32）相较于正态分布（AD=3.616）更符合实际数据特征；（3）加固体破坏表现为渐进式脆性断裂，基于Beta分布的随机化离散元模型能有效模拟其非均质力学行为。研究成果为MICP技术参数优化与工程应用提供了理论依据。

土-岩石接触界面的剪切力学特性直接影响二元结构边坡的稳定性，其中，岩石结构面粗糙度（joint roughness coefficient，简称JRC）是影响土-岩接触面剪切力学性质的重要因素。采用室内直剪试验与数值模拟相结合的方法来研究不同JRC下土-岩接触面剪切力学特性，提出了考虑不同JRC的土-岩接触面抗剪强度经验公式。结果表明：（1）土-岩接触面抗剪强度随结构面粗糙度的增大逐渐增大，但法向应力的增大会弱化粗糙度对接触面剪切强度的提高作用。（2）土-岩接触面抗剪强度随结构面粗糙度的增大可分为两个阶段，较快增长阶段（JRC<13.42），此阶段表现为土-岩接触面剪切滑动带破坏；趋于平稳阶段（JRC≥13.42），此阶段表现为土体内部剪切破坏。验证分析表明，所提出的考虑结构面粗糙度影响的土-岩接触面抗剪强度经验公式计算结果与试验值吻合较好。相关分析方法和结果可为土-岩接触面的力学特性分析提供较好参考。