为研究岩石全应力应变过程孔裂隙结构与岩石非线性变形特征的影响，考虑孔隙和基质变形差异性，将多孔岩石解构为硬弹簧与软弹簧两部分，引入双弹簧Hooke模型（Two-part Hooke's model, 简称TPHM）和统计损伤理论，基于双弹簧Hooke模型建立岩石全应力-应变关系，推导岩石全应力-应变过程的孔隙率演化方程。该模型克服了传统双弹簧Hooke模型无法表征岩石屈服后塑性变形的局限性，能够准确地表征岩石压缩过程中的孔隙压密阶段的非线性变形、塑性屈服、峰值后应力下降以及残余应力特征，还能有效表征岩石全应力-应变过程中的孔隙率变化规律。经过大量实验数据验证，该本构模型的理论曲线与试验结果较为吻合，相关系数均达到了0.9以上。

城市地下物流系统是现代物流、交通、车辆、地下工程多学科、新技术交叉融合发展起来的一项复杂技术与工程系统。基于地下物流系统管道车辆协同设计理念，建立了一套用于城市地下管道物流的载货车辆设计方法，包括车辆方案研究、车辆结构与新能源功能设计、车辆自动驾驶技术设计等。设计了一种用于圆形管道内径3 800 mm、车辆外观尺寸长度5 000 mm、宽度1 500 mm、高度2 200 mm的地下管道物流厢式载货专用车辆，车辆具有自动驾驶、大功率、长距离自动运输货物和管道内行驶无线充电功能。车辆设计采用了绿色、低碳、节能、多项新技术创新集成应用的设计理念。研究成果可为商业化城市地下物流提供一套新的载货车辆试验样车设计方案。

地下物流系统（Underground Logistics System, ULS）作为一类具有公共设施属性的地下化城市基础设施，可以依托高适灾韧性的货运网络，高效满足城市应急需求。然而，在复杂应急物流情景下，ULS的网络化运行机制及其货运效能评估方法仍然尚未明晰。研究从ULS应急服务能力的内涵出发，分析了运行环境、网络结构和运行调度对其应急服务能力的影响，并构建了涵盖效率、效力及公平性维度的应急服务能力度量模型。依托南京市仙林案例，研究设计了基于货运需求和地面道路损坏的组合模拟仿真场景，对比分析了地面卡车配送和ULS的应急服务质量。结果表明：ULS的应急服务能力优势明显，在地面交通不畅及较窄的应急需求时间窗下尤为显著；增加节点物流作业冗余、末端配送模式优化以及满足局部货运公平性是提升ULS应急服务能力的关键。研究成果不仅丰富了ULS规划理论，也从地下空间开发利用视角为城市应急治理提供了新的思路。

地铁作为城市公共交通的主要组成部分，其微环境中的颗粒物会给通勤人群带来健康风险。为保障出行人群地铁通勤过程中的出行健康，研究开展地铁微环境细颗粒物浓度（PM_2.5）的时空异质性分析。结果表明，地下线路工作日车厢内PM_2.5浓度（113.67 μg/m³）高于非工作日（47.62 μg/m³），地下线路车厢内的PM_2.5浓度远高于地面以及高架部分（7倍）；建成时间较早的线路PM_2.5浓度高于新建线路；随着列车的驶入驶出，站台的PM_2.5浓度呈现出周期性的变化趋势；全封闭的屏蔽门在控制颗粒物聚集方面比全高安全门更有效；平峰时间段PM_2.5浓度（75 μg/m³）低于高峰时间段（102 μg/m³）。此外，分析了错峰出行策略对通勤人群PM_2.5暴露水平的潜在影响，研究表明，若错峰出行，将减少一次通勤过程中25.58%的暴露。研究成果可为地下地铁颗粒物防治提供数据支撑。

为了提高围岩变形预测精度，实时掌握变形状态，预防围岩变形破坏，保障施工安全，针对传统围岩变形预测方法训练效率低、收敛速度慢、泛化能力弱等问题，提出了一种基于GRU神经网络的地下洞室围岩变形时序预测方法，构建了相应的围岩变形预测框架流程。结合白鹤滩右岸地下厂房围岩变形监测数据进行预测，并将其与长短期记忆（LSTM）神经网络算法预测结果进行对比分析。结果表明：GRU神经网络模型能够较好地解决地下洞室围岩变形预测问题，具有结构简单、参数量相对较少、训练及收敛速度快、预测精度高等优势。与LSTM神经网络算法预测结果相比，模型训练时长降幅超过70%，预测误差降低幅度高达50%以上，累计最大变形的相对误差小于0.3%，绝对误差小于0.9 mm的概率高达95%，最大绝对误差仅为2.05 mm。

隧道开挖过程中，围岩受扰动而损伤，其岩土参数将发生变化。为准确掌握岩土参数动态变化规律，提出基于边界更新粒子群算法（UBPSO）的隧道围岩力学参数反演方法。针对粒子群算法寻优结果波动性大的问题，提出边界更新粒子群算法。通过动态更新搜索边界上下限、个体历史最优值进行交叉与变异操作和惯性权重自适应更新，实现边界更新粒子群算法高精度、快速寻优。Ackley函数稳定性测试实验可知，相对于传统粒子群算法，边界更新粒子群算法具有寻优速度快、结果精度高、结果波动性小和不易陷入局部最优值等优点。基于边界更新粒子群算法，建立MATLAB-PYTHON-ABAQUS和现场监测数据联合使用的隧道围岩力学参数反分析模型。以铜锣山隧道YK76+470 ~ YK76+502.5区段为例，通过该模型反分析隧道拱顶沉降现场监测数据可知，最终崩坡积土层弹性模量从0.200 GPa下降至0.106 GPa、内摩擦角从14°下降至12.072°、黏聚力从22 kPa下降至19.373 kPa。

为探究浅埋双线隧道开挖引起围岩塑性屈服模式，以浅埋双线圆形隧道为例，采用位移和附加面力联合控制Schwarz交替法和复变函数法，通过迭代循环求解浅埋双线圆形隧道围岩弹性应力函数，并基于Mohr-Coulomb屈服准则获得围岩塑性应力分量表达式，利用浅埋双线圆形隧道周围弹塑性区交界面上的应力连续性条件优先确定塑性区半径的弹塑性解，并根据极坐标与直角坐标相互转化关系建立浅埋双线圆形隧道周围塑性区分布范围的解析计算方法，通过数值模拟结果和现场实测结果分别验证本文解析计算方法的合理性和工程适用性，并分析双线隧道中心间距对浅埋双圆隧道周围塑性区的影响规律。结果表明：本文解析计算方法可用于解决实际工程中浅埋双线隧道周围塑性区分布范围的预测问题，且满足20%的工程精度要求，与数值模拟结果拟合良好，具有较高的计算精度；浅埋双线圆形隧道周围塑性区分布范围与双线隧道中心间距s呈正相关，可根据该因素影响下致使浅埋双线圆形隧道周围塑性区达到贯通的临界状态时的分布规律，初步判断塑性区分布范围计算结果的合理性。研究成果可为类似隧道工程设计和围岩变形控制提供理论指导。

浅埋盾构隧道的覆土厚度不足导致开挖面极易被动失稳，而隧道纵坡的存在又导致覆土厚度突变，进一步加剧了开挖面被动失稳的风险，为此亟需探索浅埋纵坡盾构隧道开挖面稳定性的分析方法。基于极限分析上限法，提出了一种同时考虑隧道纵坡和开挖面局部失稳的二维旋转-平动机构，该机构由2个刚性平动块和1个刚性旋转块组成，并获得了开挖面被动失稳的极限支护压力和破坏模式。最后分析了纵坡δ和破坏比η对开挖面极限支护压力和破坏模式的影响，并结合工程实例验证了所提破坏机构的合理性。结果表明：随着纵坡δ的增加，开挖面的局部失稳范围逐渐增加；而随着埋深比C/D的增加，由开挖面的局部失稳向整体失稳演化；刚性旋转块的转角θ随着纵坡δ的增大而减小，且纵坡δ对转角θ的影响最显著。

为探讨我国特长隧道空气环境及通风设计参数取值优化问题，首先分析了我国机动车污染物排放统计数据，结合文献调研，发现我国隧道内NO_x浓度较高，逐渐成为隧道通风最需要关注的污染物。在云南杨林特长隧道进行实测研究，结果表明：测试期间NO₂浓度峰值超过通风设计限值2.1倍，汽油车CO、NO₂和PM的排放因子分别为0.79 g/（km·veh）、0.04 g/（km·veh）和10.0 mg/（km·veh），柴油车CO、NO₂和PM的排放因子分别为2.18 g/（km·veh）、1.27 g/（km·veh）和149 mg/（km·veh）。与国内外隧道通风设计标准污染物排放量取值进行对比，发现我国现行标准取值过大。依据实测排放因子计算需风量，结果较《通风细则》2014需风量降低超50%，与上海《隧道标准》2017需风量相近，且需风量的控制项均为NO₂。研究结果可为我国隧道通风设计中污染物排放量取值以及需风量计算提供参考。

为探讨盾构穿切水泥土桩复合地基对地基承载性能的影响，基于郑州地铁5号线某区间盾构切削水泥土桩复合地基工程，依据相似原理设计开展了室内水泥土桩复合地基缩尺模型试验，并以此为基础建立相应的有限元分析模型。通过缩尺模型试验和数值模拟结果，分析水泥土桩复合地基桩体变化时水泥土桩复合地基中桩侧阻力和桩端阻力的变化规律。研究表明：水泥土桩复合地基在上部竖向荷载保持不变情况下经历盾构下部穿切施工后主要在单桩内产生应力重分配，同时水泥土桩复合地基桩侧阻力中性点向下移动；盾构下部穿切桩体长度的变化会对桩侧阻力和桩端阻力发挥程度存在较大影响，桩侧阻力贡献度会随切桩长度的增加有所下降，桩端阻力发挥程度会随着持力层的改善稍有增加。