深部地下工程巖體力學(xué)行為是巖石力學(xué)最重要的內容，巖體結構和性質(zhì)往往具有不均勻性和不確定性，傳統基于位移的動(dòng)態(tài)反饋分析設計，在預測隧洞位移時(shí)常忽略巖體參數的變異性，將直接影響分析結果的可靠性。

　　深部地下實(shí)驗室已成為各學(xué)科重大基礎性前沿研究的重要實(shí)驗場(chǎng)所。中國錦屏地下實(shí)驗室二期（CJPL-Ⅱ）位于中國西南部四川省錦屏山區，深埋2400米，是目前世界上最深的地下實(shí)驗室（圖1）。針對深部巖體的非線(xiàn)性力學(xué)行為，中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所智能巖石力學(xué)組科研人員依托CJPL-Ⅱ的B2實(shí)驗廳，通過(guò)長(cháng)期現場(chǎng)監測，揭示了深部巖體變形、應力、開(kāi)裂等非線(xiàn)性力學(xué)行為，建立了基于多元分布和相關(guān)向量機模型的隧洞位移概率預測方法（圖2）。研究工作通過(guò)多元分布函數建立巖體參數隨機變量的統計模型，識別參數間的相關(guān)性，綜合采用相關(guān)向量機（RVM）模型、有限元數值模擬、蒙特卡洛（MCS）方法，估計巖體性質(zhì)和隧洞位移的不確定性，并根據預測的隧洞位移計算隧洞的可靠度（圖3）。在此基礎上，采用參數敏感性分析方法，分析了輸入巖體參數變異性對輸出響應結果的影響，揭示了巖體參數相關(guān)性對隧洞位移和可靠度的影響規律（圖4）。該方法提供了一種考慮巖體參數變異性與相關(guān)性的有效途徑，基于相關(guān)向量機（RVM）與有限元程序耦合的方法，將不確定性計算方法應用于實(shí)際隧洞工程分析中，具有處理高維非線(xiàn)性問(wèn)題的能力，可以用來(lái)描述深部巖體的非線(xiàn)性力學(xué)行為。

　　本項研究為巖體參數的變異性及相關(guān)性將為CJPL-II實(shí)驗室穩定性評估、動(dòng)態(tài)設計及長(cháng)期安全運營(yíng)提供直接支撐，也將為相似地質(zhì)條件的高應力深埋隧洞安全建設提供借鑒。

　　研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（U1765206）、湖北省自然科學(xué)基金創(chuàng )新群體項目(ZRQT2020000114)項目的資助，相關(guān)研究成果發(fā)表在《清華大學(xué)學(xué)報》（自然科學(xué)版）、Geoscience Frontiers等學(xué)術(shù)期刊。

論文鏈接：http://jst.tsinghuajournals.com/CN/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.26.015

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S167498712030284X

圖1 中國錦屏地下實(shí)驗室二期位置及布局圖

圖2 基于多元分布-相關(guān)向量機的隧洞位移的概率預測模型

圖3 相關(guān)向量機模型預測隧洞位移概率密度函數

圖4 （1）強度參數相關(guān)性對可靠度的影響（2）峰值與殘余參數相關(guān)性對可靠度的影響

（文/圖 智能巖石力學(xué)組）