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。

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。

为揭示砂岩破坏全过程的细观裂纹演化规律及主导机制，研究融合声发射矩张量反演与RA-AF参数分析技术，定量解析微裂纹类型、时空分布及应力响应特征。基于矩张量理论，结合断铅试验标定的传感器耦合系数，采用裂纹张拉角将微裂纹划分为剪切裂纹、拉剪混合裂纹、压剪混合裂纹、张拉裂纹及压缩裂纹5种，并建立RA- AF经验模型进行分析。结果表明：（1）在不同加载路径下，砂岩破坏产生的微裂纹均以剪切裂纹为主，且5种微裂纹数量均与应力水平呈正相关关系，其中剪切裂纹数量增长最显著；（2）随着应力的增加，微裂纹萌生、聚集，最终贯通形成与宏观破坏面吻合的破裂带；（3）通过RA-AF分析得到砂岩剪切裂纹占比均超过50%，与矩张量反演结果一致；（4）张拉裂纹产生的波形呈突发特征，信号能量频域集中；剪切裂纹产生的波形呈振荡特征，能量频域分散且幅值更高，从物理机制上解释RA-AF参数的分异性。（5）矩张量反演适用于理论驱动的精细裂纹类型机制解析，RA-AF分析适用于工程现场快速判断裂纹类型。研究阐明砂岩剪切破坏的微观主导机制与多类型裂纹协同演化规律，为岩石破裂预警提供了理论依据。

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。

1950年8月15日，喜马拉雅东构造结地区墨脱—察隅一带发生M_s8.6级大地震，极震区烈度达XII度，其中VIII区及以上总面积达21.9万km²，诱发大面积、大规模的滑坡等地质灾害，为典型的主震型能量集中释放事件。为系统揭示此次极端地震触发滑坡的空间分布规律及堵江模式，利用1961年以来多期珍贵历史影像、历史文献资料及野外现场调查，分析了烈度分布特征，并首次在地震高烈度区（X～XII度）南迦巴瓦地区米林卧龙至墨脱都登下游段构建地震滑坡数据库，共编录滑坡920处。通过对滑坡空间分布控制因子的定量分析，表明滑坡主要分布于海拔2 000～4 000 m、坡度20°～50°、距断层4 km范围内，受主中央逆冲断裂、墨脱断裂和阿帕龙断裂控制显著。根据滑坡统计结果及其发育特征，提出坐落型滑坡、超高位超远程型滑坡、整沟域崩滑型和群发型滑坡4种典型地震滑坡堵江模式，分别以更邦拉山、则隆弄沟、加玛其名沟和扎曲—希让段滑坡群为代表，最长堵江时间达15～16 h。东构造结地区独特的孕灾环境为高位远程地质灾害的发生与演化提供有利条件。目前该地区正处于孕震阶段，未来应加强极端地震条件下高位远程地质灾害的成灾机制与监测预警研究，提升地震地质灾害防灾减灾能力。

为探明拉裂型危岩体在重力主导作用下的崩塌前兆倾斜变形规律，首先将危岩体崩塌演化过程概化为受弯I型断裂模型在应力腐蚀作用下的亚临界扩展过程，构建倾斜变形时效演化方程，分析倾斜变形理论规律。此外，基于微机电系统（micro-electro-mechanical system，MEMS）重力加速度测试原理，建立基于空间矢量夹角的危岩体主倾斜方向累积倾斜角度监测方法，设计并实现重力主导作用下拉裂型危岩体崩塌物理模型监测试验，分析倾斜变形试验规律。进一步利用高低温试验对MEMS倾斜传感器进行温度漂移校正分析，并通过拉裂型危岩体崩塌现场自动化监测，得到倾斜角度的时序变化规律。综合分析表明：拉裂型危岩体临崩倾斜变形由“（近）匀速”向“（加）加速”转变，但受裂隙亚临界扩展路径的非均质介质影响，匀速变形阶段会出现“局部阶跃”，加速变形阶段会出现“趋势更新”。拉裂型危岩体临崩加速过程中倾斜变形速率与加速率呈现显著幂函数关系，进而提出倾斜速率倒数崩塌时间预测方程，并明晰了线性与非线性方程的预测效果。研究成果有助于应用倾斜传感技术进行崩塌监测预警研判。

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。

为研究干湿、冻融和干湿–冻融循环对膨胀土土–水特征和收缩特性影响的差异，对原状膨胀土设计多次干湿、冻融和干湿–冻融循环试验，再对各循环下饱和样开展常规收缩试验和控制吸力脱湿试验。研究结果表明：屈服吸力s_y和缩限吸力s_SL将饱和膨胀土的脱湿过程划分为3个区域，即s<s_y时，膨胀土处于弹性区域，s_y≤s≤s_SL时，膨胀土处于弹塑性区域，s>s_SL时，膨胀土处于缩限区域；干湿循环后膨胀土的临界吸力、持水能力、进气值、屈服吸力和缩限吸力均最大，冻融循环后次之，干湿–冻融循环后最小；不同循环类型下，脱湿过程中e-S_r曲线皆近似由平缓段、陡降段和垂线段3个部分组成，陡降段结束后干缩变形基本完成；饱和度（或孔隙比）皆随着循环次数的增大而减小（或增大）并最终趋于稳定，其中，首次循环降低（或上升）的幅度较大，3次循环后饱和度（或孔隙比）趋于稳定；干湿循环后饱和膨胀土的干缩程度最大，干湿–冻融循环后次之，冻融循环后干缩程度最小；提出了考虑干湿、冻融和干湿冻融循环影响的饱和膨胀土的SSCC和SWCC曲线模型，且模型拟合效果较好。

地热能是一种潜力巨大的可再生能源，已受到广泛关注。在深部地热储层中，人工改造形成的复杂裂隙网络为热能提取提供关键通道，裂隙渗透率和空间分布会直接影响热提取效率。鉴于此，通过花岗岩粗糙单裂隙剪切渗流试验，分析围压、剪切位移和裂隙粗糙度对渗透率的影响，建立三因素耦合作用下粗糙裂隙剪切过程中渗透系数非线性演化模型。采用TOUGH2MP-FLAC^3D框架下建立的THM耦合模型，并引入建立的渗透系数非线性演化模型，研究增强型地热系统在不同裂缝分布密度和水平应力比条件下的长期性能，进行系统性评估。研究表明：裂隙渗透率与围压呈指数负相关，与剪切位移呈对数正相关，与裂缝粗糙度呈二次函数关系；裂缝分布密度的提升可明显改善储层热性能，不同裂缝分布密度从0.1增至0.25，热突破时间最多延长6.4 a，增强型地热系统寿命最多延长13 a，总产热能最大增幅约22.5%；水平应力各向异性抑制储层热量提取，导致热突破时间、增强型地热系统寿命和总产热能减少；裂缝分布密度的增大能有效减弱应力各向异性对热量提取的抑制作用。研究结果为干热岩造缝增渗改造提供一定的理论指导。

工程尺度下岩体的原位渗透率评测对于深部能源开采和深部能源物质封储（如储碳、储氢和储废）具有重要意义，更能真实反映岩体在原位赋存环境下的渗流特性。研究推导一种适用于工程尺度岩体原位渗透率计算的理论模型，系统分析影响渗透率计算结果的关键参数，重点探讨有效测试半径的确定方法及其敏感性特征。通过模拟原位工况下的工程尺度测试，并与岩心尺度结果进行对比，发现两者渗透率测试结果差异整体控制在3倍左右。这种差异主要与岩心尺度所施加的0.8 MPa围压效应，以及模型浇筑过程中局部气泡引发的连通孔隙和微裂缝结构有关，属于合理可接受范围，验证该理论模型与测试方法的可行性与准确性。在此基础上，依托自主研制的便携式原位气体渗透率测试装备，分别在某地下实验室、山东某煤矿煤巷及岩巷开展现场先导性试验。结果表明，该方法及成套技术在不同工程场景下表现出良好的适应性、稳定性与可重复性，可有效评估岩体渗透特性及注浆效果。研究成果为深部储层可采性及深部能源物质封储屏障系统密封性原位评价提供一种新的技术路径和理论支撑。