碎石路基是一种广泛应用在多年冻土区的路基形式，目前的研究主要集中在降温机理以及如何发挥其效果方面,缺少对碎石集料力学性质和碎石路基长期稳定性的研究。在前人研究工作的基础上，本项目以青藏铁路为依托，开展了静、动载荷耦合作用下碎石路基力学性能研究，在此基础上，也分析了温度对碎石集料抗剪强度特性的影响。通过现场观测，结合大量室内大型实验和理论研究，从碎石块体相互作用的本质出发，考虑静、动载荷和温度等因素的影响，使用颗粒流评估方法，建立了考虑碎石集料相互作用机理的力学分析数值模型，分析了不同的设计参数条件下碎石集料的力学稳定性。主要研究结果具有重大的理论和实践意义。 2100433B

碎石路基是一种广泛应用在多年冻土区的路基形式，目前的研究主要集中在降温机理以及如何发挥其效果方面,缺少对其长期稳定性的研究。在前人研究工作的基础上，本项目以青藏铁路为依托，拟开展多年冻土地基上环境与动载荷耦合作用下碎石路基力学性能研究，通过现场观测，室内大型实验和理论研究，从碎石块体相互作用的本质出发，考虑温度、动载荷等因素的影响，在大量室内实验的基础上，结合图像评估方法，建立基于孔隙介质传热理论和考虑碎石相互作用机理的碎石路基与地基的数值模型，分析不同的设计参数条件下冻土路基的热稳定性和力学稳定性，建议关键参数。在此基础上，提出确保降温效果和路基长期变形稳定性的最优化的多年冻土区碎石路基结构型式。

采空区覆岩分次垮落扰动是沿空留巷围岩结构失稳的关键诱因。课题采用理论分析、物理模拟及数值计算等方法，研究了采空区顶板多关键层分次垮落对沿空留巷的长期扰动机理，探索了顶压渐增期间碎胀矸石的压实效应与断裂顶板的随动特性，阐述了关键层预裂卸压效应与沿空留巷围岩结构主动控制原理。两带内的关键层分次垮落对沿空留巷的扰动周期、充填墙体的承载大小和巷道变形具有显著影响。覆岩分次垮落期间在顶板主离层和巷道的隔离之下出现两次应力分流，经由采空区侧向楔形承载区向下传递，在巷道两侧形成“应力双峰”，沿空留巷呈现出波动性扰动变形。“两带”内主控关键层垮落后，老顶的变形基本达到最大值，得出了关键层断裂时机和扰动周期的判定方法。关键层的下沉量由垮落前的挠曲下沉、垮落期间的旋转下沉和垮落后的压缩下沉三部分组成，下沉量各占15%、55%和30%，矸石的压实效应延长了沿空留巷的扰动周期，但随着时间延续来压强度逐渐减弱。采空区侧向顶板预裂卸压能够加速坚硬老顶的破断运动并有效缓解留巷顶板的压力，卸压后侧向支承应力区向浅部转移，应力峰值有一定程度的降低，留巷围岩变形得到明显改善，提出了侧向顶板的卸压判据和悬臂长度的优化方法。提出了常规条件下的沿空留巷结构稳定性控制对策，包括“双层”主动锚固支护、强度动态匹配的巷旁充填以及扰动期间的辅助支护3项，以及特殊条件下的“卸压-锚固”双重主动控制技术，形成了沿空留巷“顶板结构可控、围岩应力可调、扰动周期缩短、巷道变形改善”的主动控制效果。在两个典型采煤工作面展开了沿空留巷工业性试验，从不同角度验证了研究结论。课题研究成果可为我国煤矿极其复杂多样的地质条件下展开无煤柱沿空留巷实践奠定基础。 2100433B

从多层次综合仿真和广角度分析观点，以确定性和不确定性两类分析模型对深埋洞室群围岩的变形机理与稳定性评判准则进行研究。依据不同围压下的试验研究深部岩体的峰值后变形特性和流变特性，结合细观层次的数值试验，建立反映深部岩体宏观力学特征的细观力学模型，揭示深部岩体的长期变形机理和数学描述方法；提出深部岩体破坏过程的跨尺度模拟技术，根据生成的数值试件进行实际受力的仿真模拟，研究其变形、破坏的全过程，从强度理论和能量理论探讨岩体的破坏机理；将细观损伤理论和统计强度理论有机地结合预测岩体的宏观性质，建立岩体宏观本构模型和强度破坏准则，依据岩体破坏过程数值模拟的正反分析阐明岩体强度特性和破坏的内在联系；建立广角度的岩体稳定性评判体系，给出围岩稳定性的综合评判以及相应的临界警戒指标，探讨传统静力准则与能量准则的内在联系与联合应用机理，使其实用化并为制定相应规范创造条件。

本项目从多层次综合仿真和广角度分析观点，以确定性和不确定性两类分析模型对深埋洞室群围岩的变形机理与稳定性评判准则进行研究。主要研究内容包括：大理岩的试验研究、岩体地应力的确定、岩石破坏机理的细观模型、深埋隧洞渗流和应力耦合分析方法、基于区间的反演模型和求解方法、地下洞室围岩的长期稳定性、具体工程的应用等问题。研究取得了25项成果，其中6项代表性成果为：（1）建立了基于区间分析思想的反演模型和求解方法，考虑量测信息的不确定性，针对复杂的非线性问题，提出了区间有限元的迭代优化反分析模型；（2）从岩体内部细观组成出发，以结构控制论为指导，研究其受压的破坏机理，建立了基于大理岩受压破坏的数字图像界面元法模拟；（3）基于某工程现场天然花岗岩材料进行轴向压缩试验，结合高速图像采集系统，采用数字图像相关技术研究了花岗岩材料在动力作用下的拉应变场与破坏形态的关系，进行岩石动力破坏的高速数字图像相关研究；（4）引入等效入渗强度来模拟降雨入渗过程，采用等效连续各向同性介质模型，运用三维有限元的基本方法和地下水动力学的基本理论对引水隧洞施工全过程工程区涌水量和降落漏斗的影响范围开展了分析研究；（5）针对富水区深埋地下水利工程中的主要水问题及对策进行研究，提出了“以堵为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”的治水原则；（6）基于接触粘结模型的二维颗粒流程序（PFC2D），对砂岩及花岗岩双向加载下砂岩及花岗岩声发射及变形率变化法进行了数值研究。本项目研究不仅解决了地下洞室群围岩稳定性的一些基本科学问题，还直接为我国地下工程的建设提供了一些科学依据。 2100433B