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。

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。

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。

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。

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。

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。

基于现场监测位移数据驱动的隧道围岩变形动态预测方法，存在着较大的局限性和滞后性。综合利用隧道工程建设资料蕴含的物理信息和位移时序曲线蕴含的数学信息，通过物理信息机器学习的思想推导动态贝叶斯网络（dynamic Bayesian network，DBN）模型的构建方法，实现围岩变形的动态预测。通过离散化处理、位移时序曲线重构等方式，构建包含物理信息数据和极限位移数据的静态样本库，及包含物理信息数据和位移时序曲线数据的动态样本库。基于静态样本特征，改进K2-score算法建立极限位移预测的静态BN模型。基于静态BN模型和动态样本特征，融合平稳随机过程约束和Markov过程约束等先验信息，推导Markov-DBN的物理数据双驱动建模方法。融合约束增强优化的先验信息，构建优化Markov-DBN模型。5折交叉验证试验表明：Markov-DBN模型的预测能力随时间增加而快速降低，网络转移方向对其影响很大；优化Markov-DBN模型建立了所有时刻目标节点与变形影响因素节点的增强约束联系，其预测能力不随时间发生明显弱化，不受网络转移方向的影响，远高于Markov-DBN模型。案例分析表明：隧道工程施工前和施工初期，优化Markov-DBN模型即可实现位移时序曲线的有效预测，克服了传统方法的局限性和滞后性；隧道施工过程中，实时输入现场监测位移数据，可实现优化Markov-DBN模型的自我更新和围岩变形的动态预测。

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。