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。

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。

冰川与下伏基岩之间的相互作用是冰崩灾害的主控因素之一，然而目前关于冰–岩界面力学特性的研究仍较为薄弱。为深入探究高寒山区冰崩启动过程中的关键力学机制，揭示其主控因素与作用规律，研究设计并研制一套适用于冰–岩界面脱黏试验的小型高速离心装置，系统开展多种工况下的冰–岩界面黏结强度测试。研究成果如下：（1）自主研制的离心装置具有试验效率高、数据离散性小的优点，可实现抗拉、纯剪以及压剪等多工况下的冰–岩界面强度测试；（2）冰–岩界面黏结强度与温度、岩面粗糙度以及岩石岩性密切相关。温度越低，黏结强度越大，整体上呈线性关系；黏结强度与岩面粗糙度呈非线性正相关，当粗糙度超过一定值时，界面气穴的产生会抑制黏结强度进一步提升；岩石岩性通过孔隙率和矿物亲水性影响其与冰体的黏结强度；（3）建立冰–岩界面黏结强度计算模型，明确了黏结强度与温度、粗糙度、法向压力之间的定量关系。研究为冰–岩界面黏结力学特性分析提供新的试验方法，研究成果为高寒山区冰崩灾变机制认识和灾害风险评估提供量化依据。

传统有限元方法开展数值模型批量计算易受计算资源限制且耗时较长，基于BP神经网络构建的结构响应预测方法可有效提高计算效率。采用ABAQUS有限元软件建立跨逆断层含腐蚀缺陷埋地管道三维数值模型，研究管道腐蚀深厚比、径厚比、内压和埋深四项关键参数对管道地震响应的影响规律。基于参数分析结果，将断层错动量及以上4项参数输入，以管道轴向峰值压应变作为输出参数，构建基于BP神经网络的跨逆断层含腐蚀缺陷埋地管道地震响应预测模型，并结合数值计算结果数据集对预测模型进行了训练和验证。结果表明：管道腐蚀深厚比、径厚比、内压、埋深的增加均会导致管道下盘峰值压应变达到限值时对应的断层错动量减小，导致管道局部屈曲失效提前；无内压管道和有内压管道的屈曲形式不同，在应力集中处分别呈现为内陷屈曲和鼓胀屈曲；腐蚀深厚比等4项参数与管道压应变响应高度相关，且随断层错动量增加相关性由线性相关转变为非线性相关；已完成训练的BP神经网络模型在管道压应变响应验证集和测试集上的最大预测误差分别为13.60%和12.84%，均小于15%，对于跨逆断层在役埋地管道的地震响应具有良好的预测性能和泛化能力。

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。

针对高杂质盐矿储油库建库规模小、速度慢的工程难题，提出利用盐矿沉渣空隙储油扩容技术方法，以湖北云应盐矿沉渣为研究对象，综合采用室内试验、理论分析等研究方法，构建沉渣特性–沉渣储油能力的评价体系，系统研究石油/卤水与沉渣液固耦合作用下的注采油机制，探索注采油过程中沉渣空隙淤堵风险，揭示石油和卤水在沉渣空隙中的运移规律。结果表明：云应沉渣空隙率可达40%以上，具有充足的空隙储油空间，沉渣空隙整体连通性良好，可满足注采油的基本条件；多轮次沉渣空隙注采油结果表明石油与卤水在空隙中的流动摩阻较小，注采油质量随时间呈现线性相关趋势，只有首次注油排卤过程中才会形成优势渗流通道，后续注采油过程渗流通道保持稳定，注采油过程中的石油–卤水界面存在指进现象，注采油压力和速率无明显异常波动；注采油过程中发生的暂时性淤堵具有随机性，整体沉渣空隙注采油的淤堵风险较低；沉渣空隙注油压力随石油–卤水界面的下降呈阶梯上升，沉渣的亲水特性促进毛细管力加速注卤采油过程。上述研究成果为高杂质盐矿储油库建设提供了科学依据。

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。

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。

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。