向地下探索——深部岩土力学与地下工程国家重点实验室

随着经济建设高速发展，全球范围内浅部资源枯竭，开发深部成为必然。国防、交通、水利等行业地下工程规模和深度高速增长，深部地下空间成为世界发达国家正在开发中的国土资源。深部地应力增大、涌水量加大、地温升高等地质环境愈加复杂，深部岩土体固-液-气-温耦合效应及与地下结构的相互作用导致了深部工程性质的强烈非线性和明显时效性，突发性灾害剧增。深部岩土力学的基础理论与工程技术正面临着前所未有的一系列特殊的、富有挑战性的新领域和新课题。

深部岩土力学与地下工程国家重点实验室是依托中国矿业大学岩土工程、工程力学国家重点学科、防灾减灾工程及防护工程、地球探测与信息技术等省部级重点学科，在地下工程与结构、岩石力学与岩层控制等部级重点实验室基础上组建而成。2019年3月，在2018年工程领域和材料领域国家重点实验室被科技部评估中实验室评为工程领域良好类实验室。

研究方向明确

深部岩土力学与地下工程国家重点实验室

深部岩土力学与地下工程国家重点实验室以创建阐述深部岩土介质特殊力学性质的理论创新体系和构建解决深部地下工程复杂稳定行为的技术创新体系为总目标，主要开展深部岩体力学与围岩控制理论、深部土力学特性及其与地下工程结构相互作用、深厚表土人工冻结理论与工程应用基础及深部复杂地质环境与工程效应4个方向的研究。

深部复杂地质环境与工程效应研究是指针对深部岩土体所处的特殊工程地质环境的形成和演化过程、深部环境中岩土体结构和物质组成、深部地下工程地质环境精细探测、深部岩体温度场及热害形成机理、地下工程建设与地质环境相互作用规律等方面的应用基础研究。研究内容主要包括深部节理、裂隙发育与演化规律、应力波在深部裂隙岩体中的传播理论、深部地下工程环境勘探理论和方法、深部地层热物理学特性和三相耦合作用机理、深部地热灾害防治与综合利用等。

深厚表土人工冻结理论与工程应用基础则是指关于深厚表土层中的立井工程、深大基坑与隧道工程等人工地层冻结理论与工程应用基础研究。其主要研究内容包括深部土体人工冻结过程、冻土物理性质及影响因素；冻土水、热、力耦合理论及冻土力学特性；非均质、厚冻结壁稳定理论；人工冻结土体冻胀融沉机理与控制理论；深井冻结井壁结构与材料等。

深部土力学特性及与地下工程结构相互作用包括对深部土力学的基本性质、深部土与深部地下工程结构相互作用特性方面的理论和应用基础研究。其研究内容主要包括深部土K0性质及与矿物、土性、结构、埋深等诸因素之间的关系；深厚土的土压力理论、深部地下工程结构的荷载性质；开挖卸荷路径下深部土的本构关系、强度性质、破坏特征以及时效特性等。

深部岩体力学与围岩控制理论主要包括深部复杂条件下岩体力学性质以及岩体工程稳定的理论与关键技术研究，研究内容主要包括：软岩体、破裂岩体、受采动及开挖影响的岩体力学性质以及破裂过程中的特殊演化性质；层理与节理岩体静动力性质；深部裂隙岩体渗流与渗流灾变特性，及其深部地下工程的稳定等。

研究实力深厚

实验室现有大型仪器设备110台/件，获原“211工程”“985”优势学科创新平台建设项目8000多万元专项资助，已初步构建了深部岩体力学特性及基本理论试验系统，深部土、冻土力学性质及基本理论试验系统，深部岩土工程物理模拟试验系统，深部岩体工程原位检测试验系统，试验研究测试分析系统，数值模拟与分析系统六大试验研究系统，针对深部矿山建设工程和地下工程取得了包括岩土工程数字照相变形量测技术、高应力极破碎围岩巷道锚注支护成套技术、特殊地层条件下井壁破裂机理与防治技术以及地层加固法治理井壁破裂灾害技术在内的一系列技术成果。

其中，数字照相量测技术可理解为利用数码相机、CCD摄像机、视频显微仪及其他照相设备等作为图像采集手段，获得观测目标的数字图像，然后，利用数字图像处理与分析方法，对观测目标进行变形分析或特征识别的一种现代量测新技术。它在材料变形及其破坏演变过程的全程观测与宏、细观力学特性研究方面都具有突出的优越性。此外，数字照相量测是一项通用性很强的现代非接触量测新技术，近年来，在岩土、结构、采矿、桥隧、建筑、机械、林业及医学工程等多学科的实验力学研究领域中发展迅速且应用日渐广泛，同时有着巨大的发展潜力和应用推广空间。

高应力极破碎围岩巷道锚注支护成套技术主要针对深井大松动圈极破碎软岩巷道等变形量大，各种支护包括以U型钢为主的可缩性金属支架、砌碹支护、锚喷支护等技术都难以控制的难题。研究人员在研究锚注支护机理的基础上，巧妙地将锚杆和注浆技术结合起来，研究开发了内注浆锚杆及成套的锚注支护技术，显著提高了高应力极破碎围岩的自稳能力及松散破碎围岩的锚固性能，从而使围岩变形量得以有效控制，为解决我国高应力极破碎围岩巷道支护难题，开辟了新的途径。该锚注支护技术已在安徽淮北、淮南、山东龙口、兖州、肥城、新汶、江苏徐州、河南平顶山、永夏、河北峰峰、广东曲仁、江西萍乡等20余个矿区进行了进一步的深入研究和推广应用，在锚注支护机理或技术上获得了重要创新和重大突破，并先后获得了原煤炭部、山东省、安徽省科技进步奖，并于2003年1月获2002年度国家科技进步奖二等奖。

在关于特殊地层条件下井壁破裂机理与防治技术的研究中，研究人员开发研究了内层可缩冻结井壁结构。该种井壁结构成本低、易于施工且施工时间很短，可有效预防井壁破裂灾害。另外，科研人员还开发出了新型的金属结构井壁可缩装置，该装置不仅解决了卸压槽可压缩层在后期漏水的问题，还使卸压槽的可压缩率由30%左右提高到75%左右，大大地提高了治理效果。

地层加固法治理井壁破裂灾害技术是科研人员在对注浆加固材料、注浆工艺、浆液扩散规律、注浆加固参数与井壁竖直附加力变化规律等几方面开展深入的实验与计算研究后取得的。该技术实现了不占用井筒治理井壁破裂灾害，避免了开卸压槽法因占用井筒可能影响矿井生产而造成的巨大经济损失。

科研交流积极

在学术交流方面，实验室与十几个国家的几十所高校和科研机构建立了学术交流和科技合作关系，每年出国进行学术交流和科技合作的教师达数十人次。先后成功举办了第四届、第五届国际采矿科学与技术大会、混凝土与结构新进展国际学术研讨会，协办多次国际、国内学术会议。先后有120余人次应邀赴美国、英国、波兰、日本和中国香港等国家和地区访问讲学。同时，美国、英国、德国、法国、加拿大、波兰、日本和中国香港、台湾等国家和地区的专家学者100余人次来访和开展合作研究，极大地促进了中外研究者在深部岩土力学与地下工程领域的交流，这些国内外学术交流和合作促进了实验室科研水平的不断提高。

深部岩土力学与地下工程国家重点实验室的建设理念是人本、学术、包容、规范。在未来，实验室将继续以深部复杂环境、岩体、岩石、深部土体、人工冻土体为系统研究对象，为我国资源开发事业做出不可替代的贡献。