精准预测CO₂注入页岩储层的渗透率动态演化规律对于碳封存和增强页岩气开采具有重要意义。针对传统渗透率模型难以准确描述CO₂由低压气态到超临界态全压注入页岩过程中的渗透率全过程演化问题，基于基质–裂隙双弹性介质系统，构建由组分渗透率权重决定的页岩渗透率演化模型；通过引入基质力学劣化、二次吸附，以及应变滞后效应等关键因素，建立起多效应耦合控制的渗透率演化方程。基于双弹性介质体重叠结构开展并行交叉耦合数值求解，实现对CO₂全压注入过程中页岩渗透率非线性演化过程的准确描述。进一步，影响效应解耦研究结果表明：CO₂对基质材料力学参数的劣化界定渗透率波动范围的边界阈值，机械应变与吸附应变之间的非同步响应显著放大演化阶段差异，形成具有显著辨识度的阶段转换过程；应变滞后效应则显著延长演化时间跨度；气体吸附作用与力学响应共同调控各演化阶段的转变节点，尤其是二次吸附引发的额外膨胀应变明显增强了演化过程中的阶段划分程度。此外，本研究还深入分析流–固耦合渗透率建模基本框架和不同数值模拟方法的特性，不仅可以加深对CO₂注入过程中页岩渗透率演化过程的理解，还为流体地质封存渗透率理论建模及数值模拟方法提供借鉴意义。

为研究异向应力状态对红层泥岩填料小应变刚度的影响，开展18组应变控制的三轴–弯曲元试验，4组等向固结试验和6组应力控制的加卸载试验，揭示填料在不同应力路径下小应变刚度演化规律，结果表明：填料归一化强度包线可用指数形式表述。等向固结状态下，小应变刚度随体应力呈指数增加。三轴剪切路径下，填料小应变刚度先随应变增大而增加；应变超过2%后，出现明显损伤点。此时小应变刚度持续衰减，降幅超过25%。损伤点和峰值强度点对应的偏应力和小应变刚度可用指数函数表征。低于损伤点卸载时，相同应力状态下卸载路径小应变刚度高于加载路径。超过损伤点卸载，由于剪应力引起的结构损伤不可恢复，填料小应变刚度将不断减小。损伤点前后卸载小应变刚度差值超过30%。考虑应力历史和路径对小应变刚度影响必须与填料自身状态相结合，传统单调模型难以描述该耦合效应。

为探明法向应力对动态等幅循环直剪过程中砂岩渗流与损伤特性的影响，对红砂岩进行了10，15，20，25 MPa法向应力下的动态等幅循环直剪试验。在加载过程中同步采集声发射（acoustic emission，AE）信号，并实时测定砂岩的渗透率，试验后使用3D扫描仪扫描破裂面形貌。试验结果表明：在直剪过程中，砂岩的渗透率演化呈现出明显的阶段性特征，表现为“逐步降低→缓慢降低→轻微回升→指数增长”，且高法向应力试样的渗透率在整个加载过程中始终低于低法向应力试样。随着法向应力的增大，试样的AE活动启动时间推迟，但Felicity效应出现更早且更为显著，表明其损伤程度更高。较高的法向应力促使砂岩的断裂模式由拉伸主导型向剪切主导型转变；在微观层面，促进了穿晶裂纹的发展，使裂纹扩展路径更加平直。与此同时，裂纹扩展被约束在主剪切面附近，最终形成宏观上较为平整、粗糙度较低的断裂面。

为识别砂砾岩岩心内部裂缝与层间砾石分布差异，准确评价砂砾岩岩心的空间非均质性，提高油气开采效率，在实验室中，利用弹性超声波波速对岩石内部结构差异的敏感响应，对来自准噶尔盆地沙湾凹陷区域的18块砂砾岩露头岩心进行波速测量，建立了一种基于分层测量弹性波速的非均质性无损评价方法。取15块样品作为测试岩心，利用该方法对其进行非均质性评价；取剩余3块样品作为验证岩心并与其波速分布进行对比验证。结果表明：（1）该评价方法能够有效识别砂砾岩中砾石分布、孔缝等非均质性特征，评价岩心的空间非均质性；（2）与传统非均质性评价方法相比，该评价方法具有非破坏性、灵敏度高、速度快、成本低等优势；（3）测试岩心和验证岩心的非均质性评价结果较为一致。该方法能够为砂砾岩的非均质性评价提供良好借鉴。

岩体在单轴压缩下普遍表现出显著的尺寸效应，但其细观主控机制及裂纹参数敏感性仍缺乏系统认知。本文针对花岗岩不同实验室尺寸试样开展了单轴压缩与声发射（acoustic emission，AE）监测实验，并结合X射线衍射矿物组分约束和AE数据引导，基于PFC平台建立含原生裂隙网络的数值模型。结果表明：岩样的单轴抗压强度、破坏模式及裂纹扩展均表现出明显尺寸依赖性，峰值强度随尺寸增大而降低，破坏模式由劈裂向剪切转变。在均质矿物基质模型（无原生裂隙）下，强度基本不随尺寸变化，表明原生裂隙是尺寸效应的主控因素。此外，裂隙长度对强度劣化的影响远高于裂隙数量，且小尺寸试样对裂隙参数变化更为敏感。所建模型在应力–应变、AE时序、AF-RA裂纹分型及破坏形态等方面与试验结果一致，验证多尺度数值模型的可靠性。研究结果可为复杂地质条件下工程岩体的强度尺寸效应修正与安全设计提供理论支撑。

当前，针对隧洞穿越活动断层的研究多集中于单一隧洞工况，对多条隧洞构成的隧洞群中所存在的群洞效应尚缺乏系统关注。此外，既有水工隧洞抗错断性能研究往往未考虑内水压作用，高内压条件下跨活动断层隧洞的变形破坏机制尚不明确。以中国西部某工程为背景，采用自主研发的物理模拟试验系统，开展高内水压条件下隧洞群穿越活动断层的模型试验，结合数值模拟，系统分析波纹伸缩节与群洞效应对抗错断性能的影响。结果表明：（1）波纹伸缩节显著提升隧洞抗错断性能，使纵向应变峰值延迟出现，最大拉应变与压应变分别降低69%与48%，促使剪切破坏转化为整体协调变形；（2）错动条件下，群洞效应将加剧围岩破裂，洞间岩体应力叠加形成“Y型交叉裂纹系统”，破裂复杂度显著高于单一隧洞的工况；（3）双洞相邻侧衬砌应变响应高于外侧，反映出“隧洞–围岩–隧洞”相互作用机制，纵向压应变与纵向拉应变峰值较单洞工况分别提高87%和35%；（4）群洞效应导致洞间岩体土压力异常增大，群洞效应对双洞外侧岩体土压力影响较小。（5）隧洞间距越小，衬砌受错动的力学响应就越强烈，表现为衬砌轴力和剪力均增大，表明群洞效应增强了洞室衬砌的力学响应。随着间距变大，相互作用基本消失，内力分布趋于稳定。初步揭示错动条件下高压水工隧洞群的破坏机制，为高地震风险区高压水工隧洞群的抗错断设计提供了理论依据与技术支撑。

南海岛礁珊瑚砂场地存在地震液化风险。剪切波速作为场地抗液化评估指标，具有快速、无损的优势，但历史震害资料表明，现有判据在珊瑚砂场地的适用性存在局限，亟需建立针对珊瑚砂的专门关系模型。研究采用GDS动三轴–弯曲元试验系统，对饱和南海珊瑚砂及级配一致的对照石英砂分别开展循环不排水液化试验和弯曲元试验，系统获得两类砂土的抗液化强度及剪切波速，进而建立了珊瑚砂的剪切波速–抗液化强度定量关系模型。结合典型地震液化案例对模型的合理性和工程适用性进行了验证，并据此提出了适用于珊瑚砂场地的液化临界剪切波速计算公式。研究结果表明：珊瑚砂的剪切波速与抗液化强度具有良好的相关性，且在相同强度条件下显著高于石英砂，进一步印证珊瑚砂与陆源砂间的系统性差异；所建立的珊瑚砂剪切波速–抗液化强度模型能够较为准确地表征不同地震强度下珊瑚砂土的抗液化能力。将该模型应用于历史震害场地检验中，能够合理判别珊瑚砂层的液化范围。研究成果可为南海岛礁港口等珊瑚砂地基的地震安全评估和工程抗震设计提供理论参考。

当在流变地层中修建隧道时，围岩蠕变会使支护结构荷载随时间增加。同时，受赋存环境的影响，支护结构蠕变现象也时有发生，两者耦合作用下隧道围岩与支护结构的相互作用机制复杂。基于复变函数理论和Laplace变换提出一种圆形隧道解析方法，相比于以往的解析解，提出的解析解耦合考虑围岩的流变，非静水应力场和支护结构的蠕变特性。采用Kelvin-Voigt模型模拟围岩和支护结构的流变特性，通过围岩和支护结构的位移协调方程和应力边界条件得到位移和应力解，通过数值模拟验证解析解的正确性，并开展参数分析。得到的主要结论如下：（1）对于简单的力学模型，提出的解析方法相比于数值模拟更加快速、简便，且具有一定的准确性；（2）当考虑支护结构的蠕变特性时，相比于既有的解析结果，其围岩变形会更大，围岩和初支的接触压力会更小，支护结构的蠕变会降低自身的承载能力和变形约束能力，喷射混凝土蠕变速率越快，围岩变形速度越快，蠕变模量越小，围岩变形越大；（3）在非静水应力场中修建隧道时，隧道和支护结构蠕变产生的耦合作用会加剧仰拱隆起或隧道侧壁向内挤压等隧道病害的发生，从而降低支护结构的安全性，在设计和施工中考虑上述因素对复杂环境下隧道的施工与运营具有重要意义；（4）工程应用结果表明提出的解析方法可以良好地预测隧道围岩变形和支护结构受力的发展趋势，在实际工程应用中具有一定的潜力。

冰崩是极高山区冰雪型灾害链的关键首链，场地边界条件对冰崩碎屑流运动–堆积过程的影响是认识冰雪型灾害链的关键。基于低温环境滑槽试验平台，研究冰崩规模、高差、演进区坡度和坡脚扩散角4个参数对碎屑流运动过程的影响规律，分析碎屑流运移中的速度场变化、基底动力响应过程及堆积形态演化。研究结果表明：冰崩高差和规模控制碎屑流动力传递过程，前者通过主导峰值流速影响堆积的离散度，后者通过控制运动历时促使堆积体长度和厚度的正相关演变；地形条件影响堆积耗能过程，演进区坡度增大导致运动过程基底阻力减小，进一步扩展堆积范围与前缘散粒量，坡脚扩散角扩大则通过加速侧向离散程度影响堆积距离和质心位置，并促使堆积形态由舌形转变为扇形。冰崩碎屑流的远程运动受控于颗粒间动能传递效率及与基底接触关系，且与颗粒动能传递效率及基底应力波动具有明显正相关关系。

如何同时满足土工织物滤土、透水性能及其淤堵程度的要求，是协同发挥其作为反滤料时的渗透稳定性能的关键。为此，先通过物性试验选取4种典型的无纺土工织物为研究对象，进而在常水头条件下开展16组含土工织物土柱的水力坡降比试验，通过测算其渗透系数、平衡时的水力坡降比和细粒冲刷流失量评估其渗透稳定性能；其次，基于水–土相互作用理论，以被保护土的粒径和土工织物的孔径为随机变量，提出用失效概率表示的土工织物滤土性能判别方法，进而依据现有文献和本文试验评估的85组含土工织物土柱数据划分滤土性能界限；最后，采用土工织物淤堵后的渗透系数比值判定其表面形成桥接结构时的透水性能及其局部淤堵程度，并将提出的土工织物性能判别方法应用于反滤料设计中，结果表明：提出的方法对性能有效和堵塞或闭塞型失效的划分准确度优于现有方法，在设计时建议选取单位面积质量较大的聚丙烯纤维长丝土工织物作为反滤料。